KR20140053143A - 복합재 물품들을 급속히 형성하기 위한 열 시스템 및 방법 - Google Patents

복합재 물품들을 급속히 형성하기 위한 열 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140053143A
KR20140053143A KR1020147002384A KR20147002384A KR20140053143A KR 20140053143 A KR20140053143 A KR 20140053143A KR 1020147002384 A KR1020147002384 A KR 1020147002384A KR 20147002384 A KR20147002384 A KR 20147002384A KR 20140053143 A KR20140053143 A KR 20140053143A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
subsystem
tool
fluid
heater
tank
Prior art date
Application number
KR1020147002384A
Other languages
English (en)
Inventor
로버트 더블유. 머치
개리 알. 론스데일
더글라스 엘. 바톨로티
Original Assignee
플라산 카본 컴포짓, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 플라산 카본 컴포짓, 인코포레이티드 filed Critical 플라산 카본 컴포짓, 인코포레이티드
Publication of KR20140053143A publication Critical patent/KR20140053143A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/007—Tempering units for temperature control of moulds or cores, e.g. comprising heat exchangers, controlled valves, temperature-controlled circuits for fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • B29C35/0288—Controlling heating or curing of polymers during moulding, e.g. by measuring temperatures or properties of the polymer and regulating the process
    • B29C35/0294—Controlling heating or curing of polymers during moulding, e.g. by measuring temperatures or properties of the polymer and regulating the process using tempering units for temperature control of moulds or cores

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

툴(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 열 시스템(20)은 툴(26)과 유체 왕래하는 히터-서브시스템(40)을 포함한다. 히터-서브시스템(40)은 히터(42)와, 탱크(44)와, 3-방향 밸브(46)를 포함한다. 탱크(44)는 가열된 열 유체의 질량을 함유한다. 시스템(20)은 히터-서브시스템(40) 및 툴(26)과 유체 왕래하는 교환기-서브시스템(49)을 더 포함한다. 교환기-서브시스템(49)은 교환기(51)와 3-방향 밸브(53)를 포함한다. 시스템(20)은 교환기-서브시스템(49)과 유체 왕래하는 칠러-서브시스템(48)을 더 포함한다. 칠러-서브시스템(48)은 칠러(50)와, 탱크(52)와, 3-방향 밸브(54)를 포함한다. 탱크(52)는 냉각된 열 유체의 질량을 포함한다. 제어기(56)는 서브시스템들(40, 48, 49)을 제어 및/또는 지시하는데 사용될 수 있다. 시스템(20) 및 툴(26)은 탄소 섬유 복합재(CFC) 물품(22)과 같은 복합재 물품(22)을 형성하는데 사용될 수 있다. 시스템(20)을 이용하는 방법이 또한 제공된다.

Description

복합재 물품들을 급속히 형성하기 위한 열 시스템 및 방법{THERMAL SYSTEM AND METHOD FOR RAPIDLY FORMING COMPOSITE ARTICLES}
본 출원은 그 전체가 본 명세서에 참고용으로 병합된 2011년 7월 28일에 출원된 "복합재 물품들을 형성하는 시스템"이라는 명칭의 미국 가특허 출원 61/574,151의 이익을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 복합재 물품들을 형성하는 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 탄소 섬유 복합재 물품들을 형성하는 열 시스템 및 방법에 관한 것이다.
탄소 섬유 복합재(CFC) 물품들은 일반적으로 최종 경화 상태로 플라스틱 수지에 의해 침투되는 탄소 섬유 필라멘트들을 포함하는 탄소 섬유 매트의 2개 이상의 층들을 포함한다. CFC 물품들을 형성하는 종래의 방법들은 진공 백 몰딩, 압력 몰딩, 가상 공학 복합재들(VEC) 몰딩, 압력솥 몰딩, 및 수지 전달 몰딩(RTM)을 포함한다. CAFE(Corporate Average Fuel Economy), HIC(Head Impact Characteristic), 및 보행자 보호를 포함하는 새로운 자동차 산업 법규들은 스틸과 같은 자동차들에 사용된 종래의 물질들에 대한 도전을 나타낸다. 스틸에 비해, CFC 물품들은 세기, 중량 및 에너지 흡수를 포함하는 물리적 특성들의 우수한 조합을 포함한다. 이와 같이, CFC 물품들은 경량화 및 에너지 소비를 위한 요건들과 같이 이들 새로운 요건들을 충족할 수 있다.
공교롭게도, 종래의 CFC 물품들이 갖는 주요 문제는, 스틸로부터 자작된 것과 같이, 종래의 물품들에 비해 CFC 물품들을 제조하는데 걸리는 시간의 양이다. 더욱이, 이것은 시간에 소모적일 수 있고, "클래스 A" 표면들과 같은 미적으로 만족스러운 표면들을 갖는 CFC 물품들을 달성하기 어려울 수 있다. 이와 같이, CFC 물품들을 형성하는 개선된 방법들 및 시스템들을 제공하려는 기회가 있다.
본 발명은 툴(tool)의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 열 시스템을 제공한다. 열 시스템은 툴과 유체 왕래하는(in fluid communication with) 히터-서브시스템을 포함한다. 히터-서브시스템은 제 1 열 유체를 가열하기 위한 히터와, 히터와 유체 왕래하고 가열된 제 1 열 유체의 질량을 함유하는 탱크와, 3-방향 밸브를 포함한다. 3-방향 밸브는 i) 제 1 열 유체를 탱크로부터 히터로 재순환하기 위해 탱크와 히터 사이에서 유체 왕래하고, ii) 제 1 열 유체를 탱크로부터 툴로 향하게 하기 위해 탱크와 툴 사이에서 유체 왕래한다. 열 시스템은 히터-서브시스템 및 툴과 유체 왕래하는 교환기-서브시스템을 더 포함한다. 교환기-서브시스템은 툴로부터 복귀하는 제 1 열 유체를 냉각시키기 위한 교환기와, 3-방향 밸브를 포함한다. 3-방향 밸브는 i) 툴로부터의 제 1 열 유체를 히터-서브시스템으로 다시 송출하기 위해 교환기와 히터-서브시스템 사이에 유체 왕래하고, ii) 제 1 열 유체를 툴로부터 교환기로 향하게 하기 위해 교환기와 툴 사이에 유체 왕래한다. 열 시스템은 교환기-서브시스템과 유체 왕래하는 칠러-서브시스템(ciller-subsystem)을 더 포함한다. 칠러-서브시스템은 제 2 열 유체를 냉각하기 위한 칠러와, 칠러와 유체 왕래하고 냉각된 제 2 열 유체의 질량을 함유하는 탱크와, 3-방향 밸브를 포함한다. 3-방향 밸브는 i) 탱크로부터의 제 2 열 유체를 칠러로 재순환하기 위해 탱크와 칠러 사이에서 유체 왕래하고, ii) 제 2 열 유체를 탱크로부터 교환기로 향하게 하기 위해 탱크와 교환기-서브시스템 사이에서 유체 왕래한다. 툴은 탄소 섬유 복합재 물품과 같은 복합재 물품을 형성하는데 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 히터-서브시스템을 제공하는 단계와, 교환기-서브시스템을 제공하는 단계와, 칠러-서브시스템을 제공하는 단계와, 제어기를 제공하는 단계를 포함한다. 제어기는 서브시스템들에게 지시하기 위해 툴과 서브시스템들과 통신한다. 상기 방법은 제 1 시간 기간(Tt1) 내에서 툴의 몰드 표면을 제 1 온도(T1)로부터 제 2 온도(T2)로 가열하기 위해 제어기를 통해 가열된 제 1 열 유체의 질량을 히터-서브시스템의 탱크로부터 툴로 향하게 하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제 2 시간 기간(Tt2) 동안 몰드 표면을 T2에 유지시키기 위해 제어기를 통해 가열된 제 1 열 유체의 질량을 히터-서브시스템의 탱크로부터 툴의 몰드 표면으로 향하게 하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 제 3 시간 기간(Tt3) 내에 툴로부터 복귀하는 제 1 열 유체를 T2로부터 제 3 온도(T3)로 냉각하기 위해 제어기를 통해 냉각된 제 2 열 유체의 질량을 칠러-서브시스템의 탱크로부터 교환기-서브시스템으로 향하게 하는 단계를 더 포함한다. 툴의 몰드 표면은 분당 약 60℉(~33℃)보다 더 큰 비율로 가열하고, 분당 약 40℉(~22℃)보다 더 큰 비율로 냉각한다. Tt1+Tt2+Tt3는 약 20분보다 더 크지 않다.
본 발명은 복합재 물품들을 형성하기 위한 종래의 시스템들 및 방법들에 비해 다양한 이익들을 제공한다. 예를 들어, 압력솥과 같은 종래의 방법들은 일반적으로 1시간보다 더 큰 사이클 시간, 일반적으로 75분 이상의 사이클 시간을 갖는다. 그러한 사이클 시간은, 복합재 물품들이 압력솥 내에 형성되는(예를 들어 수지의 경화 동안) 시간이다.
일반적인 압력솥 프로세스에서, 사전 형성부들(preforms)은 툴들 상에 배치되고, 툴들은 압력솥에 적재되고, 진공 백들(또는 다른 진공 수단)은 툴들에 부착되고, 압력솥은 차단되고, 진공이 가해지고, 압력솥은 연장된 시간 기간, 예를 들어 75+ 분 동안 질소 가스(N2)로 가압되고 가열되어, 복합재 물품들을 형성하게 된다. N2는 일반적으로 발열로 인해 압력솥에서의 타오르는 불꽃들(flash fires)을 방지하는데 요구된다. 압력솥의 적재, 차단, 개방 및 적하와 연관된 추가 시간은 출력을 더 감소시킨다.
압력솥은 가열하는데 오랜 시간이 걸리고, 안전의 이유로 인해 N2의 이용을 요구한다. 이와 같이, 압력솥에 연관된 에너지 비용은 높아지는 경향이 있다. 복합재 물품들의 출력을 증가시키기 위해, 압력솥들은 크기가 커지는 경향이 있어서, 큰 공간(footprint)을 갖는다. 압력솥의 그러한 크기 결정(sizing)은 또한 다수의 무겁고 고가의 툴들을 요구하여, 재정 및 제조비를 더 추가하게 된다.
압력솥들은 또한 스크랩(scrap) 부분들을 제작하기 쉽다. 예를 들어, 진공이 압력솥에 있는 동안 툴들 중 하나(또는 그 이상) 상에서 없어지면(또는 중단되면), 복합재 물품은 부적절한 구성, 예를 들어 비-고체화된 형태로 경화할 것이다. 진공은 경화 사이클이 완료된 후까지 재확립될 수 없고, 이것은 너무 늦어서 복합재 물품을 저장할 수 없다. 이와 같이, 진공 문제들을 갖는 복합재 물품(들)은 압력솥으로부터 제거된 후에 폐기되어야 한다.
압력솥들에 형성된 복합재 물품들은 또한 다양한 위치의 피트들(pits), 직경 및 깊이와 같은 표면들의 결점들(blemishes)을 갖는 경향이 있다. 그러한 표면 결점들은 충진(filling) 및 샌딩(sanding)에 의해서와 같이 복합재 물품의 마무리 단계들 동안 제거되어야 하므로, 제조비들이 더 추가된다.
본 발명의 열 시스템 및 방법은 종래 기술에 비해 하나 이상의 이익들을 제공한다. 본 발명은 종래의 압력솥 시스템들 및 방법들에 비해 우수한 온도 제어를 제공한다. 본 발명은 압력솥 사이클들에 비례하여 감소된 사이클 시간을 제공할 수 있고, 이것은 증가된 출력을 제공한다. 감소된 에너지 비용들은 또한 인식될 수 있다. 감소된 공간은 큰 압력솥들에 대해 열 시스템에 의해 제공될 수 있다. 일반적으로 종래의 압력솥 방법들에 사용된 동일하거나 유사한 화학 성질들 및/또는 물질들, 예를 들어 수지들은 일반적으로 본 발명과 함께 사용될 수 있으므로, 화학 성질 또는 물질의 재설계를 요구하지 않는다.
본 발명은 일반적으로 압력솥에 형성된 탄소 복합재 물품들의 표면 특성에 일반적으로 매칭되는 우수한 표면 특성들을 갖는 복합재 물품들을 제공한다. 예를 들어, 표면 결점들(예를 들어, 피트들)은 일반적으로 개수 및/또는 강도(severity)에서 감소된다. 더욱이 또는 대안적으로, 본 발명은 일반적으로 압력솥에 형성된 탄소 복합재 물품들의 기계적 특성에 매칭되거나 이를 초과하는 우수한 기계적 특성들을 갖는 복합재 물품들을 제공한다.
본 발명의 다른 장점들은 쉽게 인식되어, 첨부 도면들에 연계하여 고려될 때 다음의 상세한 설명을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 히터-서브시스템, 밸브, 제어기, 프레스, 프레이 내에 배치된 툴, 및 압력 탱크를 갖는 열 시스템의 개략도.
도 2는 히터-서브시스템, 칠러-서브시스템, 밸브들, 제어기, 프레스, 프레스 내에 배치된 툴, 및 압력 탱크를 갖는 열 시스템의 다른 실시예의 개략도.
도 3은 툴, 진공 캐노피(canopy), 및 툴과 진공 캐노피 사이에 배치된 복합재 물품의 사전 형성부의 부분적으로 분해된 사시도.
도 4는 몰드 표면 및 튜브를 갖는 툴과, 툴에 부착된 진공 캐노피와, 몰드 표면과 진공 캐노피 사이에 배치된 복합재 물품의 사전 형성부의 단면도.
도 5는 지지 테이블, 지지 테이블 상에 배치된 툴, 툴 상에 배치된 진공 캐노피, 및 플랫폼 및 커버를 갖는 프레스의 사시도.
도 6은, 프레스가 프레스에 그리고 프레스로부터 툴을 제거하기 위해 캐리어 및 램들을 포함하는, 도 5에 도시된 툴 및 프레스의 확대하여 구체적인 부분들이 도시된 사시도.
도 7은 툴이 몰드 표면 및 튜브를 갖고, 진공 캐노피가 툴에 부착되고, 복합재 물품의 사전 형성부가 몰드 표면과 진공 캐노피 사이에 배치된, 플랫폼과 커버 사이에 한정된 프레스의 부분 단면도.
도 8은 기술자들이 지지 테이블들 중 하나 상에 배치된 툴의 몰드 표면 상에 복합재 물품의 사전 형성부를 배치하면서, 프레스, 지지 테이블들 및 복합재 물품들의 다른 실시예의 개략적인 환경을 도시한 사시도.
도 9는 탄소 섬유 시트의 부품들이 굴대 표면 상에 배치되는 굴대 표면 및 튜브와, 굴대 표면 상의 부품들에 걸쳐 배치되는 진공 시트를 갖는 굴대의 횡단면도.
도 10은 복합재 물품을 형성하기 위한 추가의 선택적인 제조 단계들을 일반적으로 도시한 흐름도.
도 11은 열 시스템 및 프레스를 이용하여 복합재 물품의 본 발명의 예에 대해 시간에 따른 온도, 압력, 진공 및 히터 프로파일들을 도시한 그래프.
도 12는 열 시스템 및 프레스를 이용하여 복합재 물품의 본 발명의 다른 예에 대해 시간에 따른 온도, 압력 및 진공 프로파일들을 도시한 다른 그래프.
도 13은 열 시스템 및 프레스를 이용하여 복합재 물품의 본 발명의 다른 예에 대해 시간에 따른 온도, 압력 및 진공 프로파일들을 도시한 다른 그래프.
도 14는 종래의 압력솥을 이용한 복합재 물품의 비교예에 대해 시간에 따른 온도, 압력, 진공 및 히터 프로파일들을 도시한 그래프.
도 15는 툴에 동작가능하게 연결된 툴-연결 시스템의 사시도로서, 툴-연결 시스템은 툴의 튜브에 그리고 이 튜브로부터 열 유체의 공급 및 복귀를 위한 연결부들과, 압력 모니터링을 위해 진공 및 정적 라인을 위한 연결부들과, 온도 모니터링 및 피드백 제공을 위해 저항성 열 디바이스(RTD)를 위한 연결부를 포함하는, 사시도.
도 16은 도 15에 도시된 툴-연결 시스템과 결합하기 위해 프레스의 커버에 동작가능하게 연결된 프레스-연결 시스템의 사시도로서, 프레스-연결 시스템은 프레스의 커버를 통해 툴의 튜브에 그리고 이 튜브로부터 열 유체의 공급 및 복귀를 위한 연결부들과, 압력 모니터링을 위해 진공 및 정적 라인을 위한 연결부들과, 온도 모니터링 및 피드백 제공을 위해 RTD를 위한 연결부를 포함하는, 사시도.
도 17은 플랫폼과 커버 사이에 한정된 공동을 갖는 프레스의 부분 횡단면도로서, 툴-연결 시스템 및 프레스-연결 시스템은, 열 유체가 열 시스템을 갖는 툴에 그리고 이 툴로부터 왕래될 수 있도록 함께 결합되는, 부분 횡단면도.
도 18은 히터-서브시스템, 칠러-서브시스템, 교환기-서브시스템, 밸브들, 제어기, 프레스, 프레스 내에 배치된 툴, 및 압력 탱크를 갖는 열 시스템의 다른 실시예의 개략도.
유사한 도면 부호들이 여러 도면들 전체에 유사한 부분들을 나타내는 도면들을 참조하여, 열 시스템은 일반적으로 (20)으로 도시된다. 열 시스템(20)은 이후에 시스템(20)으로 간단히 언급된다. 시스템(20)은 다양한 유형들의 물품들을 형성하는데 사용될 수 있다. 시스템(20)은 탄소 섬유 강화 플라스틱들(22) 또는 탄소 섬유 복합재(CFC) 물품들(22)과 같은 복합재 물품들(22)을 형성하는데 유용하다. CFC 물품들(22)은 자동차, 선박, 군용 무기, 항공기, 항공 우주 및 의료용 기기 산업 분야들에서와 같은 많은 산업 분야들에서 유용하다.
시스템(20)은 전체 차량 플랫폼들에 가로지르는 "클래스 A" CFC 바디 패널들(22)을 형성하는데 특히 유용하다. 바디 패널들(22) 및 관련 부분들의 예들은 후드들, 펜더들, 루프들, 로커들(rockers), 스플리터들(splitters), 루프 바우들(roof bows), 다이브 플랜들(dive planes), 날개들, 미러 캡들(mirror caps), 편향기들 등을 포함한다. CFC 물품들(22)의 추가 예들은 데크-리드들(deck-lids), 배터리 응용들, 제어 아암들, 범퍼들, 크레이들들/서브-프레임들, 및 다른 구조적 구성요소들을 포함한다. 시스템(20)은 임의의 특정 유형의 복합 물품(22), 또는 특정 산업 분야를 위한 복합 물품들(22)을 형성하는데 한정되지 않고, 그러한 복합 물품들(22)은 다양한 크기들, 형상들, 및 이용이 있을 수 있다. 복합 물품들(22)은 아래에 추가로 설명된다.
시스템(20)은 툴(26)의 몰드 표면(24)을 가열 및 냉각시키는데 유용하다. 특히, 시스템(20)은 유체를 가열 및 냉각시키는데 유용하며, 유체는 툴(26)의 몰드 표면(24)을 직접(또는 거의 직접적으로) 가열 및 냉각시키는데 사용된다. 시스템(20)은 본 발명의 방법들과 조합하거나 이와 별도로 사용될 수 있다. 본 발명의 방법들은 아래에 추가로 설명되고, 시스템(20)과 조합하거나 이와 별도로 사용될 수 있다.
툴(26)은, 툴(26)이 상부 몰드인 몰드(예를 들어, 2-부품의 몰드)의 부분일 수 있고, 다른 툴은 하부 몰드이거나, 이와 반대로도 이루어진다. 툴(26)은 일반적으로 1-부품의 몰드(26)(예를 들어, 개방 몰드)이다. 시스템(20)은 일반적으로 툴(26)의 적어도 하나의 유형과 연관되지만, 서로 동일하거나 상이할 수 있는 툴들(26)의 2개 이상의 상이한 유형들과 연관될 수 있다. 툴(26)은 다양한 유형들일 수 있지만, 아마도 시스템(20)과 통신하기 위해 변형된다.
특정 실시예들에서, 툴(26)은 종래의 압력솥들에 일반적으로 사용된 유형(또는 유형과 유사함)이다. 하지만, 시스템(20)은 압력솥과 일반적으로 연관되지 않는다. 즉, 시스템(20)은 일반적으로 본 발명의 방법들에서와 같이 압력솥을 갖지 않는다. 일실시예에서, 툴(26)은 진공 몰딩(또는 형성)에 일반적으로 사용된 유형이다. 다른 실시예에서, 툴(26)은 수지 전달 몰딩(RTM)에 일반적으로 사용된 유형이다. 다른 유형들의 툴들(26)이 또한 사용될 수 있음이 인식될 것이다.
몰드 표면(24) 및 툴(26)은 단일적일 수 있는데, 즉 단일 바디일 수 있다. 특정 실시예들에서, 몰드 표면(24) 및 툴(26)은, 예를 들어 패스너들, 용접 등에 의해서 함께 결합된 개별적인 부품들이다. 이와 같이, 상이한 몰드 표면들(24)은 상이한 툴들(26)과 함께 사용될 수 있거나, 이와 반대로도 이루어진다. 이것은 상이한 유형들의 복합 물품들(22)을 형성하기 위해 상이한 몰드 표면들(24) 및/또는 상이한 툴들(26) 사이에 상호 교환성을 허용한다.
툴(26)의 몰드 표면(24)은 다양한 형상들을 갖도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 몰드 표면(24)은 제작되는 특정 복합재 물품(22)에 대응하는 형상, 예를 들어, 후드, 펜더, 스포일러 등으로 구성된다. 몰드 표면(24)은 임의의 특정한 형상에 한정되지 않는다.
툴(26)의 몰드 표면(24)은 일반적으로 니켈, 스틸 등과 같이 열 전달에 유용한 금속 물질로 형성된다. 특정 실시예들에서, 몰드 표면(24)은 니켈 합금(22)을 포함한다. 이들 실시예들에서, 몰드 표면(24)은 일반적으로 단단하고, 구부러지지 않는다{고무 또는 "블래더(bladder)" 유형의 몰드 표면과 상이함}. 금속 몰드 표면들(24)은 일반적으로 높은 열 전도도를 갖는데, 이것은 몰드 표면(24)의 급속한 가열 및 냉각을 허용한다. 이것은 시스템(20)과 함께 이용될 때 특히 실현된다. 몰드 표면(24)은 일반적으로 약 5 내지 약 20, 약 7.5 내지 약 15, 또는 약 10 내지 약 12.5mm의 다양한 두께들을 가질 수 있다. 적합한 몰드 표면들(24)은 다양한 공급자들로부터 상업적으로 이용가능하다. 몰드 표면들(24)의 특정 예들은 니켈 셀 몰드 표면들(24)과 같이 캐나다, 온타리오, 미들랜드 소재의 Weber Manufacturing Team과; MI, Fraser 소재의 Visioneering Inc.와; Invar(또는 "64FeNi")로부터 형성된 몰드 표면들(24)과 같이 MI, Troy 소재의 Models & Tools Inc.로부터 상업적으로 이용가능한 것들을 포함한다.
도 4를 참조하면, 툴(26)은 일반적으로 유체를 왕래하기 위한 튜브(28)를 포함한다. 튜브(28)는 유체를 튜브(28)와 왕래하기 위한 적어도 하나의 입구(30)와, 튜브(28)로부터 유체를 왕래하기 위한 적어도 하나의 출구(32)를 포함한다. 튜브(28)는 튜브(28)와 몰드 표면(24) 사이에 열 전달을 촉진시키기 위해 몰드 표면(24)에 근접하거나, 직접 접촉한다. 튜브(28)는 몰드 표면(24)의 직접(간접적이기보다는) 가열 또는 냉각에 유용하다. 튜브(28)는 툴(26) 자체에 형성될 수 있거나{툴(26) 내의 보링(boring)에 의해서와 같이}, 몰드 표면(24)에 근접한 툴(26) 내에서, 툴(26) 및/또는 몰드 표면(24)에 부착될 수 있다. 튜브(28)는 용접, 패스너들 등에 의해서와 같이 다양한 방식으로 {예를 들어, 몰드 표면(24)에} 부착될 수 있다.
튜브(28)는 다양한 패턴들로 배치될 수 있고, 동일하거나 가변적인 직경들을 가질 수 있다. 예를 들어, 몰드 표면(24)의 형상이 복잡하면, 튜브(28)의 부분은 몰드 표면(24)의 더 중요한 영역들에 집중될 수 있어서, 이들 영역들의 적절한 가열 및 냉각을 보장하게 된다. 전술한 바와 같이, 몰드 표면(24)은 다양한 구성들을 가질 수 있고, 실질적으로 평면, 3차원, 또는 형상들의 조합을 가질 수 있다. 튜브(28)는 마찬가지로 몰드 표면(24)의 직접 가열을 제공하도록 구성될 수 있다. 툴(26)은 진공 캐노피(36)를 툴(26)에 부착하기 위한 하나 이상의 패스너들(34), 예를 들어 클램프들(34)을 가질 수 있다. 다양한 유형들의 패스너들(34)이 이용될 수 있다. 진공 캐노피(36)는 아래에 추가로 설명된다. 다른 실시예들에서, 종래의 진공 백(미도시)이 이용될 수 있다.
툴(26)의 튜브(28)는 몰드 표면(24)을 가열 및 냉각시키기 위해 유체를 툴(26)에 그리고 툴(26)로부터, 그리고 시스템(20)에 그리고 시스템(20)으로부터 왕래하기 위해 시스템(20)의 파이프(piping)(38)에 연결된다. 다양한 유형들의 파이프(38)가 이용될 수 있다. 파이프(38)는 시스템(20)에 존재하는 온도들 및 압력들을 취급할 수 있어야 한다. 파이프(38)는 다양한 직경들을 가질 수 있다. 예를 들어, 파이프(38)는 약 0.5 내지 약 4, 약 0.75 내지 약 3, 약 1 내지 약 2, 또는 약 2인치(또는 약 1.3 내지 약 10, 약 1.9 내지 약 7.6, 약 2.5 내지 약 5, 또는 약 5cm)의 외부 직경(OD)의 직경을 가질 수 있다.
튜브(28)는 하나보다 많은 입력(30) 및 출력(32)을 가질 수 있다. 예를 들어, 몰드 표면(24)의 가열 및 냉각의 더 양호한 제어를 위해 툴(26) 내에 이산 튜브(28) 장치들의 2개 이상의 세트들이 있을 수 있다. 적당한 툴들(26)은 다양한 공급자들로부터 상업적으로 구입할 수 있다. 툴들(26)의 특정 예들은 니켈 셀 툴과 같이 Weber Manufacturing Team으로부터 상업적으로 구입할 수 있는 것들을 포함한다.
시스템(20) 내에 운반된 유체는 일반적으로 열 전달 유체이고, 이것은 또한 열 유체로 언급될 수 있다. 다양한 유형들의 유체들이 이용될 수 있다. 일반적으로, 적어도 툴(26) 내에 사용된 유체는 시스템(20)에서 도달된 온도로 인해 오일, 예를 들어 열 오일(thermal oil)(물보다는)이다. 물은 시스템(20) 어디에서나 사용될 수 있고, 열 오일과 물의 조합들은 특정 실시예들에서 사용될 수 있다. 적합한 유체들은 다양한 공급자들로부터 상업적으로 이용가능하다. 유체들의 특정 예들은 DELF450 및 DELF600을 포함하는 NY, 버팔로 소재의 Mokon으로부터 상업적으로 이용가능한 것들을 포함한다. 유체들의 추가 예들은 PG-1 및 IG-4를 포함하는, PA, 맬버른 소재의 Multitherm으로부터와; NF 및 HE를 포함하는, PA, West Conshohocken 소재의 Paratherm Corp.로부터와; CalfloTM FG 및 CalfloTM HTF를 포함하는, Petro-Canada Products로부터와; Therminol(등록상표) 66을 포함하는, MO, 세인트 루이스 소재의 Solutia Inc.로부터와; Duratherm 450, Duratherm 600, 및 Duratherm Lite(또는 LT)를 포함하는, NY, 루이스톤 소재의 Duratherm로부터 상업적으로 이용가능한 것들을 포함한다. 유체는 시스템(20)의 온도들을 취급할 수 있어야 하고, 2개 이상의 상이한 유체들의 혼합물을 포함할 수 있다. 일반적으로, 시스템(20)은 페루프이고; 하지만, 종종 시스템(20)은 이에 첨가된 유체의 일부 양을 가질 수 있거나, 그로부터 회수될 수 있다.
시스템(20)의 일실시예를 도시하는 도 1을 참조하면, 시스템(20)은 히터-서브시스템(40)을 포함한다. 히터-서브시스템(40)은 툴(26)과 유체 왕래한다. 히터-서브시스템(40)은 툴(26)의 몰드 표면(24)을 가열시키는데 유용하다. 특정 실시예들에서, 히터-서브시스템(40)은 또한 툴(26)의 몰드 표면(24)을 냉각시키는데 사용될 수 있다.
히터-서브시스템(40)은 히터(42)를 포함한다. 히터(42)는 시스템(20) 내의 유체를 가열하는데 유용하다. 다양한 유형들의 히터들(42)이 이용될 수 있다. 히터(42)는 유체를 적어도 약 3℉(~ -16℃) 내지 약 350℉(~177℃), 또는 위로 약 600℉(~ 315℃) 내지 약 650℉(~343℃)의 온도들로 가열할 수 있어야 한다. 일반적으로, 툴(26)에 들어오는 유체가 더 뜨거워질수록, 몰드 표면(24)은 더 빠르게 가열한다. 히터(42)는 또한 유체의 다양한 출력들을 전달할 수 있어야 한다. 적합한 출력들의 예들은 약 10 내지 약 120, 약 20 내지 약 100, 약 40 내지 약 90, 또는 약 60 gpm(분당 갤런)(또는 약 38 내지 약 454, 약 76 내지 약 379, 약 151 내지 약 341, 또는 약 227 분당 리터)이다. 적합한 히터들(42)은 다양한 공급자들로부터 상업적으로 이용가능하다. 히터들(42)의 특정 예들은 HTF 시리즈, 예를 들어 HTF 500 시리즈, HTF 600 시리즈, HTF HF-2 시리즈, 및 ST 시리즈의 히터들을 포함하는 Mokon으로부터 상업적으로 이용가능한 것들을 포함한다. 뉴욕, 펄라스키 소재의 Fulton Boiler Works, Inc.로부터 상업적으로 이용가능한 것들과 같은 가스 연소 히터들, 예를 들어 Fulton FT-0320-C 열 유체 히터가 또한 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 생략 기호(~)는 예를 들어, US로부터 SI 단위들로의 단위 변환에 기초한 근사치를 나타내는 것으로 의미된다.
히터-서브시스템(40)은 탱크(44)를 더 포함한다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 가열된 유체의 질량을 함유하는데 유용하다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 시스템(20)에서의 열 버퍼로서 작용한다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 히터(42)와 유체 왕래한다. 다양한 유형들의 탱크들은 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)로서 이용될 수 있다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 유체를 적어도 약 300℉(~ -157℃) 내지 약 350℉(~177℃), 또는 위로 약 600℉(~ 315℃) 내지 약 650℉(~343℃)의 온도들로 유지할 수 있어야 한다. 일반적으로, 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 히터(42)의 가장 높은 온도 출력보다 더 높게 등급화(rated)되어야 한다. 특정 실시예들에서, 히터-서브시스템(40)은 많은 탱크들 중 2개(미도시)를 포함한다. 예를 들어, 하나의 탱크(44)에 함유된 유체의 질량은 다른 탱크(44)의 유체의 질량과 상이한 온도에 있을 수 있다. 이것은 상이한 온도들에서 가열된 유체의 질량들로 시스템(20)을 보호하는데 유용할 수 있다. 탱크(44)는 일반적으로 히터(42)로부터 분리되는데, 즉 탱크(44)는 존재시, 히터(42)의 "내부" 탱크와 구별가능하다.
일반적으로, 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 자체적으로 및/또는 절연의 보충 층으로 절연되어, 주변 환경에 의해 그 안에 포함된 가열된 유체의 질량의 냉각을 방지한다. 다양한 유형들의 절연 수단이 이용될 수 있다. 예를 들어, 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 절연된 자켓으로 감싸일 수 있다. 시스템(20)의 파이프(38), 또는 그 부분들은 절연 및 안전을 위해 감싸이거나 커버되어야 한다. 예를 들어, 히터-서브시스템(40)으로부터 툴(26)로 이어지는 파이프(38)는 열 손실, 화재(burns), 연소(fires) 등을 방지하기 위해 절연될 수 있다.
히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 다양한 크기들 및 형상들을 가질 수 있다. 열 손실을 감소시키기 위해 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)의 표면적 대 부피비(SA:V)를 감소시키는 것이 유용할 수 있다; 하지만, 이것은 필요하지 않다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)는 약 50 내지 약 250, 약 100 내지 약 225, 약 100 내지 약 200, 또는 약 100 내지 약 150 유체의 갤런들(또는 약 189 내지 약 946, 약 378 내지 약 852, 약 378 내지 약 757, 또는 약 378 내지 약 568 유체의 리터들)로 유지하도록 하는 크기를 가져야 한다. 일반적으로, 더 큰 크기의 탱크(44)는 시스템(20)에서 더 큰 열 버퍼를 제공한다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)와 연관된 가열된 유체의 질량에 대한 참조는 주어진 경우에 탱크(44) 내에 함유된 가열된 유체 전체에 대한 부분을 지칭할 수 있다. 본 명세서에 기재된 유체의 질량들은 또한 저장된(열) 에너지 질량들을 지칭할 수 있다.
히터-서브시스템(40)은 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)와 히터(42) 사이에 유체 왕래하는 밸브(46)를 더 포함한다. 다양한 유형들의 밸브들(46)이 이용될 수 있다. 일반적으로, 밸브(46)는 3-방향 밸브(46)이다. 히터-서브시스템(40)의 3-방향 밸브(46)는 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)와 히터(42) 사이에서 유체를 재순환하는데 유용하다. 이러한 배치는 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)에서 가열된 유체의 질량을 초기에 형성, 유지, 및/또는 재충전하는데 유용하다. 예를 들어, 일단 가열된 유체의 질량의 부분(또는 전부)이 툴(26)에 공급되면, 툴(26)로부터 복귀하는 유체는 히터(42)에 공급될 수 있고, 그런 후에 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)에 공급될 수 있어서, 가열된 유체의 질량을 유지하거나 재충전하게 된다. 가열된 유체는 가열된 유체의 질량의 온도를 추가로 증가하거나 유지하기 위해 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)와 히터(42) 사이에 하나 이상의 통로들에서 유지되거나 재순환될 수 있다. 이것은 또한, 히터(42)가 툴(26) 및/또는 시스템(20)의 요구들을 따라갈 수 없는 경우 유용하며, 가열된 유체의 질량은 히터(42)가 회복하거나 복구하려는 버퍼로서 작용한다. 이것은 또한 툴(26) 및 시스템(20)의 진행중인 요구들을 충족하기 위해 히터-서브시스템(40) 내의 유체의 거의 정상 상태의 온도를 유지하는데 유용하다.
히터-서브시스템(40)의 3-방향 밸브(46)는 또한 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)와 툴(26) 사이에 유체 왕래한다. 이와 같이, 히터-서브시스템(40)의 3-방향 밸브(46)는 또한 유체를 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)로부터 툴(26)에 향하게 하는데 유용하다. 이것은 아래에 추가로 설명되는 바와 같이 툴(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 가열하는데 특히 유용하다. 예를 들어, 가열된 유체의 질량(또는 그 부분)은 몰드 표면(24)을 급속히 가열하기 위해 툴(26)에 공급될 수 있다. 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)에 의해 제공된 가열된 유체의 질량은, 히터(42)가 요구시 가열된 유체만을 제공함으로써 자체적으로 달성할 수 있는 것에 대해 온도에서의 급속한 변화를 제공한다. 예를 들어, 히터(42)는 몰드 표면(24) 온도의 증가 동안 부담될 수 있고, 복구하는데 시간일 걸릴 것이다. 가열된 유체의 질량은 히터(42)에 전체 가열 부담을 지우지 않고도, 매우 짧은 시간 기간에서의 극적인 온도 변화, 즉 몰드 표면(24)에서의 최대치(△T)를 제공한다.
도 18을 참조하면, 시스템(20)의 다른 실시예가 도시된다. 히터-서브시스템(40)의 3-방향 밸브(46)는 i) 제 1 열 유체를 탱크(44)로부터 히터(42)로 재순환하기 위해 탱크(44)와 히터(42) 사이에서 유체 왕래하고, ii) 제 1 열 유체를 탱크(44)로부터 툴(26)로 향하게 하기 위해 탱크(44)와 툴(26) 사이에서 유체 왕래한다. 선택적으로, 히터-서브시스템(40)은 이러한 또는 다른 실시예들에서 탱크 우회 라인(39)을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 시스템(20)의 관련 실시예는 칠러-서브시스템(48)을 더 포함한다. 이와 같이, 특정 실시예들에서, 시스템(20)은 히터- 및 칠러- 서브시스템들(40, 48)을 포함한다. 이 실시예에서, 칠러-서브시스템(48)은 툴(26)과 유체 왕래한다. 칠러-서브시스템(48)은 툴(26)의 몰드 표면(24)을 냉각시키는데 유용하다. 히터-서브시스템(40)이 툴(26)의 몰드 표면(24)을 냉각시키는데 유용할 수 있는 실시예들에서, 칠러-서브시스템(48)은 또한 몰드 표면(24)을 더 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 다른 특정 실시예들에서, 히터-서브시스템(40)은 몰드 표면(24)을 가열하는 것에만 사용되고, 칠러-서브시스템(48)은 몰드 표면(24)을 냉각시키는 것에만 사용된다. 시스템(20)의 다른 실시예들은 아래에 설명되며, 여기서 칠러-서브시스템(48)은 시스템(20)의 다른 위치에 사용된다. 특정 실시예들에서, 서브시스템들(40, 48)은 서로 분리된다; 하지만, 다른 실시예들에서, 서브시스템들(40, 48)은 서로 유체 왕래하는데, 즉 시스템(20)의 유체를 공유한다.
칠러-서브시스템(48)은 칠러(50)를 포함한다. 칠러(50)는 시스템(20) 내에서 유체를 냉각시키는데 유용하다. 다양한 유형들의 칠러들(50)이 이용될 수 있다. 칠러(50)는 유체를 적어도 약 50℉(~ -10℃) 내지 약 80℉(~27℃), 및 아래로 약 -10℉(~ 23℃) 내지 약 20℉(~ -7℃)의 온도들로 냉각시킬 수 있어야 한다. 칠러(50)는 약 10 내지 약 150, 약 20 내지 약 125, 약 30 내지 약 100, 약 40 내지 약 75의 톤 칠링(ton chilling)(1톤의 칠링은 시간당 약 12,000 BTU이다)와 같이 유체의 다양한 출력들을 전달할 수 있어야 한다. 적합한 칠러들(50)은 다양한 공급자들로부터 상업적으로 이용가능하다. 칠러들(50)의 특정 예들은 Iceman 시리즈, 예를 들어 Iceman SC 시리즈, Iceman LT 시리즈, Iceman 이중 회로, 및 Iceman Full Range를 포함하는, Monkon으로부터 상업적으로 이용가능한 것들을 포함한다.
칠러-서브시스템(48)은 탱크(52)를 더 포함한다. 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 냉각된 유체의 질량을 함유하는데 유용하다. 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 칠러(50)와 유체 왕래한다. 다양한 유형들의 탱크들은 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)로서 이용될 수 있다. 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 유체를 약 -30℉(~ -34℃) 내지 약 -10℉(~ -23℃), 또는 위로 약 20℉(~ -7℃) 내지 약 50℉(~ 10℃)의 온도들로 유지할 수 있어야 한다. 일반적으로, 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 칠러(50)의 가장 낮은 온도 출력보다 작게 등급화되어야 한다. 특정 실시예들에서, 칠러-서브시스템(48)은 많은 탱크들 중 2개(미도시)를 포함한다. 예를 들어, 하나의 탱크(52)에 함유된 유체의 질량은 다른 탱크(52)의 유체의 질량과 상이한 온도에 있을 수 있다. 이것은 상이한 온도들에서 냉각된 유체의 질량들로 시스템(20)을 보호하는데 유용할 수 있다.
일반적으로, 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 자체적으로 및/또는 절연의 보충 층으로 절연되어야 하여, 주변 환경에 의해 그 안에 함유된 냉각된 유체의 질량의 가열을 방지한다. 다양한 유형들의 절연 수단은 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)로 전술한 것과 유사하게 이용될 수 있다.
칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 다양한 크기들 및 형상들을 가질 수 있다. 열 이득을 감소시키기 위해 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)의 SA:V를 감소시키는 것이 유용할 수 있다; 하지만, 이것은 필요하지 않다. 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)는 약 50 내지 약 200, 약 75 내지 약 150, 또는 약 100 내지 약 125의 유체의 갤런들(또는 약 189 내지 약 946, 약 378 내지 약 852, 약 378 내지 약 757, 또는 약 378 내지 약 568의 유체의 리터들)로 유지하도록 하는 크기를 가져야 한다. 일반적으로, 더 큰 크기의 탱크(52)는 시스템(20)에서 더 큰 냉각 버퍼를 제공한다. 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)와 연관된 냉각된 유체의 질량에 대한 참조는 주어진 경우에 탱크(52)에 함유된 냉각된 전체 유체에 대한 부분을 지칭할 수 있다. 탱크(52)는 일반적으로 칠러(50)로부터 분리되는데, 즉 탱크(52)는 존재시, 칠러(50)의 "내부" 탱크와 구별가능하다.
칠러-서브시스템(48)은 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)와 칠러(50) 사이에서 유체 왕래하는 밸브(54)를 더 포함한다. 다양한 유형들의 밸브들(54)이 이용될 수 있다. 일반적으로, 밸브(54)는 3-방향 밸브(54)이다. 칠러-서브시스템(48)의 3-방향 밸브(54)는 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)와 칠러(50) 사이에서 유체를 재순환하는데 유용하다. 이러한 배치는 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)에서 냉각된 유체의 질량을 초기에 형성, 유지, 및/또는 재충전하는데 유용하다. 예를 들어, 일단 냉각된 유체의 질량의 부분(또는 전부)이 툴(26)에 공급되면, 툴(26)로부터 복귀하는 유체는 칠러(50)에 공급될 수 있고, 그런 후에 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)에 공급되어, 냉각된 유체의 질량을 유지하거나 재충전하게 된다. 냉각된 유체는 그런 후에 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)와 칠러(50) 사이에 하나 이상의 통로들에서 유지되거나 재순환될 수 있어서, 냉각된 유체의 질량의 온도를 추가로 감소하거나 유지하게 된다. 이것은, 또한 칠러(50)가 툴(26) 및/또는 시스템(20)의 요구들을 따라잡을 수 없는 경우 유용하며, 여기서 냉각된 유체의 질량은 칠러(50)가 회복하거나 복구하려는 버퍼로서 작용한다. 이것은, 또한 툴(26) 및 시스템(20)의 진행중인 요구들을 충족하기 위해 칠러-서브시스템(48) 내에서 유체의 거의 정상 상태의 온도를 유지하는데 유용하다.
칠러-서브시스템(48)의 3-방향 밸브(54)는 또한 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)와 툴(26) 사이에 유체 왕래한다. 이와 같이, 칠러-서브시스템(48)의 3-방향 밸브(54)는 또한 유체를 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)로부터 툴(26)로 향하게 하는데 유용하다. 이것은, 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 툴(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 냉각하는데 특히 유용하다. 예를 들어, 냉각된 유체의 질량(또는 그 부분)은 몰드 표면(24)을 급속히 냉각하기 위해 툴(26)에 공급될 수 있다. 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)에 의해 제공된 냉각된 유체의 질량은, 칠러(50)가 요구시 냉각된 유체만을 제공함으로써 자체적으로 달성할 수 있는 것에 대해 온도에서의 급속한 변화를 제공한다. 예를 들어, 칠러(50)는 몰드 표면(24)의 온도의 감소 동안 부담될 수 있고, 복구하는데 시간이 걸릴 것이다. 냉각된 유체의 질량은 칠러(50)에 전체 냉각 부담을 지우지 않고도, 매우 짧은 시간 기간에서 온도에서의 극적인 변화, 즉 몰드 표면(24)에서의 최대치(△T)를 제공한다.
도 18을 참조하면, 칠러-서브시스템(48)의 3-방향 밸브(54)는 i) 제 2 열 유체를 탱크(52)로부터 칠러(50)로 재순환하기 위해 탱크(52)와 칠러(50) 사이에서 유체 왕래하고, ii) 제 2 열 유체를 탱크로부터 교환기(51)로 향하게 하기 위해 탱크(52)와 교환기-서브시스템(49) 사이에서 유체 왕래한다. 선택적으로, 칠러-서브시스템(48)은 이러한 또는 다른 실시예들에서 탱크 우회 라인(39)을 포함할 수 있다. 일반적으로, 제 2 열 유체는 물이다.
도 18을 참조하면, 시스템(20)은 교환기-서브시스템(49)을 더 포함한다. 교환기-서브시스템(49)은 (열) 교환기(51)를 포함한다. 교환기(51)는 셀-튜브(shell-and-tube), 셀-플레이트(shell-and-plate) 등과 같은 다양한 유형들일 수 있다. 교환기-서브시스템(49)은 밸브(53)를 더 포함한다. 일반적으로, 밸브(53)는 3-방향 밸브(53)이다. 이 실시예에서, 시스템(20)은 일반적으로 적어도 하나의 펌프(55)를 포함한다. 다양한 유형들의 펌프들이 사용될 수 있다. 펌프(55)는, 재충전일 때와 같이, 히터-서브시스템(40) 및 칠러-서브시스템(48)이 툴(26)로부터 차단될 때, 시스템(20) 내에서 유체를 순환하는데 유용하다. 다른 경우에, 히터(42)는 일반적으로 시스템(20)을 위한 적합한 펌핑을 제공할 수 있다.
교환기-서브시스템의 교환기(51) 및 3-방향 밸브(53)는 냉각된 유체를 툴(26)에 간접적으로 주입하는데 유용하다. 이 실시예에서, 냉각된 유체는 툴(26)에 직접 가지 않고, 교환기(51)로 가며, 냉각된 유체는 툴(26)과 직접 접촉하는 가열된 유체의 온도를 감소시키는데 사용된다. 냉각된 유체를 툴(26)에 주입하기 위해 교환기(51)를 사용할 때, 이것은 확립될 더 작은 폐루프를 제공할 수 있어서, 폐루프가 밸브들(46, 53, 54)의 루프 및 제어에서 유체의 온도 피드백을 통해 고정된 온도로 "설정"되도록 한다. 예를 들어, 밸브들(46, 53, 54)은, 유체가 펌프(55)를 경유하여 체크 밸브(57)를 통해 그리고 더 작은 폐루프 주위로 흐르도록 설정될 수 있다. 이 실시예의 추가 양상들은 아래에 추가로 설명된다.
도 18에 도시된 바와 같이, 3-방향 밸브(53)는 i) 툴(26)로부터의 제 1 열 유체를 히터-서브시스템(40)으로 다시 송출하기 위해 교환기(51)와 히터-서브시스템(40) 사이에서 유체 왕래하고, ii) 제 1 열 유체를 툴(26)로부터 교환기(51)로 향하게 하기 위해 교환기(51)와 툴(26) 사이에서 유체 왕래한다.
일반적으로, 제 1 열 유체는 히터-서브시스템(40)과 교환기-서브시스템(49) 사이에 공유되고, 제 2 열 유체는 칠러-서브시스템(48)과 교환기-서브시스템(49) 사이에 공유되고, 제 1 열 유체는 제 2 열 유체로부터 분리되도록 유지된다. 일반적으로, 제 1 열 유체는 열 오일이고, 제 2 열 유체는 물인데, 즉 이들 제 1 열 유체 및 제 2 열 유체는 서로 상이하다.
시스템(20)은 일반적으로 제어기(56)와 통신한다. 제어기(56)는 일반적으로 서브시스템들(40, 48, 49) 및 툴(26) 중 적어도 하나와 통신 상태에 있고, 더 일반적으로 서브시스템들(40, 48, 49) 및 툴(26) 모두와 통신 상태에 있다. 다양한 유형들의 제어기들(56)이 이용될 수 있다. 일반적으로, 제어기(56)는 프로그래밍가능 논리 제어기(PLC)(56)인데, 이것은 또한 프로그래밍가능 제어기(56)로 언급될 수 있다. 제어기(56)는 유선, 무선 등에 의한 것과 같은 다양한 방법들에 의해 시스템(20)의 구성요소들과 통신할 수 있다.
특정 실시예들에서, 시스템(20)은 서브시스템들(40, 48, 49)의 밸브들(46, 53, 54)에 더하여 밸브(58)를 더 포함한다. 다양한 유형들의 밸브들(58)이 이용될 수 있다. 일반적으로, 밸브(58)는 3-방향 밸브(58)이다. 도 2를 참조하면, 시스템(20)의 3-방향 밸브(58)는 서브시스템들(40, 48) 양쪽과 툴(26) 사이에서 유체 왕래한다. 3-방향 밸브(58)는 또한 제어기(56)와 통신한다. 이 실시예에서, 시스템(20)의 3-방향 밸브(58)는 툴(26)로부터 복귀한 후에 유체를 히터-서브시스템(40) 또는 칠러-서브시스템(48)으로 향하게 하는데 유용하다. 상기 다른 방식으로, 제어기(56)는 각 서브시스템들(40, 48)의 3-방향 밸브들(46, 54)과 함께 시스템(20)의 3-방향 밸브(58)를 제어함으로써 유체를 툴(26)로부터 각 서브시스템들(40, 48)에 향하게 할 수 있다. 도 18을 참조하면, 3-방향 밸브(58)는 선택적으로 이용될 수 있는데, 즉 체크 밸브(57) 대신과 같이, 보조 밸브(58)로서 이용될 수 있다.
"3-방향" 밸브들(46, 53, 54, 58)이 일반적으로 본 명세서에 언급될 수 있지만, 동일한 흐름 제어는 3-방향 밸브를 "모방"하는 상이한 유형들의 밸브들 및 파이프(38) 장치들의 조합에 의해 달성될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 2-방향 밸브들과 파이프(38)의 조합은 3-방향 밸브에 의해 달성되는 것과 동일한 흐름 제어를 달성하도록 사용될 수 있다. 다른 예로서, 플러그형(plugged) 4-방향 밸브는 3-방향 밸브 대신에 사용될 수 있다. 동일한(또는 유사한) 흐름 제어를 달성하기 위한 그러한 대안적인 장치들은 본 명세서에 기재된 3-방향 밸브들(46, 53, 54, 58)로서 동등한 기능인 것으로 구상된다.
제어기(56)는 시스템(20)에서 유체의 흐름을 제어하기 위해 또한 유용하다. 예를 들어, 제어기(56)는 다양한 온도들에서의 유체를 툴(26)로 그리고 툴(26)로부터 향하게 하기 위해 시스템(20)의 밸브들(58), 서브시스템들(40, 48, 49)의 밸브들(46, 53, 54), 히터(42), 칠러(50), 및/또는 열 교환기(49)의 조합을 제어할 수 있다.
제어기(56)는 각 서브시스템들(40, 48)로부터의 가열된 및 냉각된 유체의 질량들을 향하게 하기 위해 특히 유용하다. 특히, 제어기(56)는 툴(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 가열하기 위해 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)로부터 가열된 유체의 질량을 향하게 하기 위해 유용하다. 제어기(56)는 또한 툴(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 냉각시키기 위해 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)로부터 도 2에 도시된 것과 같이 툴(26)에 직접, 또는 도 18에 도시된 것과 같이 교환기-서브시스템(51)을 통해 간접적으로 냉각된 유체의 질량을 향하게 하기 위해 유용하다.
특정 실시예들에서, 제어기(56)는 툴(26)의 몰드 표면(24)을 가열 또는 냉각시키기 위해 유체를 탱크들(44, 52) 중 적어도 하나로부터 툴(26)로 향하게 하도록 3-방향 밸브들(46, 53, 54, 58)을 제어한다. 추가 실시예들에서, 제어기(56)는 다른 서브시스템(40, 48)의 탱크(44, 52)에서 가열된 또는 냉각된 유체의 질량을 유지하기 위해 다른 서브시스템(40, 48)에서 유체를 재순환하도록 3-방향 밸브들(46, 53, 54, 48)을 제어한다. 서브시스템(40, 48)에서의 유체의 재순환은 다른 서브시스템(40, 48)을 가지고 몰드 표면(24)을 가열 또는 냉각하기 이전, 이후, 또는 그 동안 시작할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제어기(56)는 또한 교환기-서브시스템(49)에서 유체를 제어하는데 사용될 수 있다. 제어기(56)는 3-방향 밸브들(46, 53, 54, 58)을 특정 순서들 및/또는 특정 시간으로 개방 및 차단함으로써 시스템(20)에서 유체를 향하게 할 수 있다. 3-방향 밸브들(46, 53, 54, 58)은 동시에 및/또는 동시 발생적으로 개방 및/또는 차단될 수 있다. 도시되지 않았지만, 제어기(56)는 또한 유체의 흐름을 제어하기 위해 시스템(20)에서 다른 밸브들과 통신할 수 있다.
특정 실시예는 이제 다음의 몇몇 단락들에서 설명될 것이다. 도 18을 참조하면, 제어기(56)는 다양한 방식들로 서브시스템들(40, 48, 49)을 조종하도록 프로그래밍될 수 있다. 이 실시예에서, 제어기(56)는, 일반적으로 제 1 열 유체가 히터-서브시스템(40)에서 가열된 제 1 열 유체의 질량을 유지시키기 위해 히터(42)와 탱크(44) 사이에서 재순환하고 툴(26)을 우회하도록, 특정 시간에 히터-서브시스템(40)의 3-방향 밸브(46)에게 지시하도록 일반적으로 프로그래밍된다. 다른 시간에, 제어기(56)는 일반적으로, 제 1 열 유체가 툴(26)의 몰드 표면(24)을 가열시키기 위해 히터-서브시스템(40)으로부터 툴(26)로 향하게 되도록, 히터-서브시스템(40)의 3-방향 밸브(46)에게 지시하도록 프로그래밍된다.
더욱이, 제어기(56)는 일반적으로, 제 2 열 유체가 칠러-서브시스템(48)에서 냉각된 제 2 열 유체의 질량을 유지시키기 위해 칠러(50)와 탱크(52)를 재순환하고 교환기-서브시스템(49)을 우회하도록, 특정 시간에 칠러-서브시스템(48)의 3-방향 밸브(54)에게 지시하도록 프로그래밍된다. 다른 시간에, 제어기(56)는 일반적으로, 제 2 열 유체가 툴(26)로부터 복귀하고 교환기-서브시스템(51)에 들어가는 제 1 열 유체를 냉각시키기 위해 칠러-서브시스템(48)으로부터 교환기-서브시스템(49)으로 향하게 되도록, 칠러-서브시스템(48)의 3-방향 밸브(54)에게 지시하도록 프로그래밍된다.
더욱이, 제어기(56)는, 툴(26)로부터 복귀하는 제 1 열 유체가 히터-서브시스템(40) 내에서 제 1 열 유체를 재가열하기 위해 히터-서브시스템(40)으로 향하고 교환기-서브시스템(51)을 우회하도록, 특정 시간에 교환기-서브시스템(49)의 3-방향 밸브(53)에게 지시하도록 프로그래밍된다. 다른 시간에, 제어기(56)는, 툴(26)로부터 복귀하는 제 1 열 유체가 칠러-서브시스템(48)으로부터 제 2 열 유체를 통해 제 1 열 유체를 냉각시키기 위해 교환기-서브시스템으로 향하게 되도록, 교환기-서브시스템(49)의 3-방향 밸브(53)에게 지시하도록 프로그래밍된다.
특정 실시예들에서, 유체는 몰드 표면(24)의 가장 차갑거나 가장 따뜻한 영역에 관해 역류 방식으로 툴(26)에 향하게 될 수 있다. 예를 들어, 몰드 표면(24)의 하나의 영역이 초기에 몰드 표면(24)의 나머지에 비해 가장 차갑고, 툴(26)이 가열되면, 제어기(56)는 큰 초기 온도 경사도에 기초하여 위치의 온도 변화를 촉진시키기 위해 가열된 유체를 이 위치로 향하게 할 수 있다. 또한 몰드 표면(24) 양단의 온도 경사도를 유지시키는 것과 같이 동시 발생적인 흐름 장치들이 유용할 수 있는 경우들이 있거나, 역류 및 동시 발생적인 흐름 장치들의 조합이 사용될 수 있는 경우들이 있을 수 있다는 것이 인식될 것이다. 일반적으로, 툴(26)의 몰드 표면(24)은 몰드 표면(24)과 튜브(28) 내의 유체 사이에서 더 큰 열 전달을 촉진시키기 위해 교란된다. 교란은 나선형의 물결 형태의 파이프(38) 및/또는 튜브(28)의 이용과 같은 다양한 수단에 의해 제공될 수 있다.
도시되지 않았지만, 시스템(20)은 시스템(20) 내에서 유체의 흐름을 조절하기 위해 하나 이상의 추가 유형들의 밸브들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 볼 밸브들은 시스템(20)의 부분에서 유체의 흐름을 중지/시작하기 위해 존재할 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 게이트 밸브들 및/또는 체크 밸브들은 시스템(20)의 부분에서 유체의 역류(backflow)를 방지하기 위해 존재할 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 글로브 밸브들은 시스템(20)의 부분에서 유체의 흐름율을 조절하기 위해 존재할 수 있다. 이용되는 경우, 추가 밸브들은 시스템(20)의 다양한 위치들에 배치될 수 있다. 3-방향 밸브들(46, 53, 54, 58)을 포함하는 시스템(20)의 밸브들은 공압식으로, 수동으로, 전기적으로, 자기적으로 등과 같은 다양한 방식들로 조종될 수 있다. 특정 실시예들에서, 전기 제어가 이용되고, 공압식 제어가 이용되거나, 이들의 조합들이 이용된다.
시스템(20)은 릴리프(relief) 밸브(60)를 더 포함할 수 있다. 릴리프 밸브(60)는 또한 압력 릴리프 밸브(60), 압력 안전 밸브(60), 또는 안전 밸브(60)로서 언급될 수 있다. 다양한 유형들의 릴리프 밸브들(60)( 및 관련 시스템들)이 이용될 수 있다. 릴리프 밸브(60)는 일반적으로 서브시스템들(40, 48, 49)과 툴(26) 사이에서 유체 왕래한다. 릴리프 밸브(60)는 시스템(20)에서 유체의 압력을 완화시키는데 유용하다. 예를 들어, 시스템(20)에서의 업셋(upset)은 유체의 압력을 안전하지 않거나 바람직하지 않은 레벨로 증가시킬 수 있다. 이와 같이, 릴리프 밸브(60)는 유체의 압력을 안전하거나 원하는 레벨로 복귀시키기 위해 시스템(20)에서 유체의 부분을 배출함으로써 그러한 발생(occurrence)을 보상할 수 있다. 제어기(56)는, 릴리프 밸브(60)가 시스템(20), 프레스(64) 등에 대한 손상을 방지하기 위해 활성화되는 경우에, 시스템(20)을 중지시키기 위해 릴리프 밸브(60)와 통신할 수 있다.
시스템(20)은 스트레이너(미도시)를 더 포함할 수 있다. 다양한 유형들의 스트레이너들이 이용될 수 있다. 스트레이너는 시간이 지남에 따라 시스템(20)에서 막힘(clogging) 또는 다른 문제들을 방지하기 위해 유체를 빼내는데 유용하다. 스트레이너는 또한 유체의 교란 흐름을 제공 및/또는 유지하는데 유용할 수 있다.
전술한 바와 같이, 시스템(20)은 하나 이상의 펌프들(55)을 더 포함할 수 있다. 열 전달 유체들을 이동시키는데 일반적으로 사용된 것과 같은 다양한 유형들의 펌프들이 이용될 수 있다. 교환기-서브시스템(51)의 결여와 같은 특정 실시예들에서, 히터(42) 및 칠러(50)는 일반적으로 유체의 충분한 펌핑을 제공한다.
시스템(20)을 이용할 때, 툴(26)의 몰드 표면(24)은 다양한 비율로 가열될 수 있다. 가열율은 선형이거나 곡선일 수 있다. 예를 들어, 가열율은 감소율로 증가할 수 있고, 증가율로 증가할 수 있고, 실질적으로 일정할 수 있거나, 이들의 조합일 수 있다. 일반적으로, 몰드 표면(24)은 약 60보다 큰, 약 70보다 큰, 약 80보다 큰, 약 90보다 큰, 또는 약 100보다 큰 분당 ℉의 비율(또는 ~33보다 큰, ~39보다 큰, ~44보다 큰, ~50보다 큰, 또는 ~56분당 ℃보다 큰)로 가열한다. 특정 실시예들에서, 몰드 표면(24)은 위로 약 300, 약 250, 약 225, 또는 약 200의 분당 ℉의 비율(~167, ~139, ~125, 또는 ~111, 분당 ℃)로 가열될 수 있다.
시스템(20)을 이용할 때, 툴(26)의 몰드 표면(24)은 다양한 비율로 냉각될 수 있다. 냉각율은 선형 또는 곡선일 수 있다. 예를 들어, 냉각율은 감소율로 증가할 수 있고, 증가율로 증가할 수 있고, 실질적으로 일정할 수 있거나, 이들의 조합일 수 있다. 일반적으로, 몰드 표면(24)은 약 40보다 큰, 약 50보다 큰, 약 60보다 큰, 약 70보다 큰, 약 80보다 큰, 약 90보다 큰, 또는 약 100보다 큰 분당 ℉의 비율(또는 ~22보다 큰, ~28보다 큰, ~33보다 큰, ~39보다 큰, 또는 ~44보다 큰, ~50보다 큰, 또는 ~56 분당 ℃보다 큰)로 냉각한다. 특정 실시예들에서, 몰드 표면(24)은 위로 약 200, 약 175, 또는 약 150의 분당 ℉의 비율(~111, ~97, 또는 ~83, 분당 ℃)로 냉각될 수 있다.
본 발명은 방법을 더 제공한다. 방법은 툴(26)의 몰드 표면(24)의 가열 및 냉각에 유용하다. 방법은 히터-서브시스템(40)을 제공하는 단계를 포함한다. 특정 실시예들에서, 방법은 칠러-서브시스템(48)을 제공하는 단계를 더 포함한다. 다양한 실시예들에서, 방법은 교환기-서브시스템(49)을 제공하는 단계를 더 포함한다. 다양한 실시예에서, 방법은 제어기(56)을 제공하는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 방법은 툴(26)을 제공하는 단계를 더 포함한다. 툴(26)은 수동으로 또는 자동으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 툴(26)은 기술자 또는 로봇(미도시)에 의해 제공될 수 있다. 툴(26) 및 서브시스템들(40, 48, 49)은 전술한 바와 같을 수 있다.
방법은 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)로부터 가열된 유체의 질량을 툴(26)에 향하게 하는 단계를 더 포함한다. 가열된 유체의 질량은 전술한 바와 같이 서브시스템들(40, 48, 49)과 통신하는 제어기(56)와, 시스템(20)의 3-방향 밸브(58)에 의해 향하게 될 수 있다.
가열된 유체의 질량은 제 1 시간 기간(Tt1) 내에 툴(26)의 몰드 표면(24)을 제 1 온도(T1)로부터 제 2 온도(T2)로 가열한다. T1는 다양한 온도들일 수 있다. 예를 들어, T1는 시동시 몰드 표면(24)의 온도일 수 있는데, 즉 몰드 표면(24)은 주변 온도(또는 실온)일 수 있다. 대안적으로, T1는 가열 및 냉각의 이전 사이클 이후에 몰드 표면(24)의 온도일 수 있다. 이와 같이, 몰드 표면(24)은 주변 온도보다 더 뜨거울(또는 더 차가울) 수 있다. 일반적으로, T1는 약 50 내지 약 125, 약 75 내지 약 125, 약 90 내지 약 125, 또는 약 100 내지 약 120 ℉(~10 내지 ~52, ~24 내지 ~52, ~32 내지 ~52, 또는 ~38 내지 ~49 ℃)이다.
Tt1는 다양한 시간 기간일 수 있다. 일반적으로, Tt1는 가열 및 냉각의 후속 시간 기간에 비해 짧다. 하지만, Tt1는 또한 가열 및 냉각의 하나 이상의 후속 시간 기간보다 길거나 동일할 수 있다. 일반적으로, Tt1는 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 2.5 내지 약 10, 약 2.5 내지 약 7.5, 또는 약 4 내지 약 6분이다.
T2는 다양한 온도들일 수 있다. 예를 들어, T2는 가열 동안 도달된 몰드 표면(24)의 최대 온도일 수 있다. 일반적으로, T2는 약 250 내지 약 400, 약 250 내지 약 375, 약 275 내지 약 375, 약 300 내지 약 375, 또는 약 325 내지 약 350℉(~121 내지 ~204, ~121 내지 ~191, ~135 내지 ~191, ~149 내지 ~191, 또는 ~163 내지 ~177℃)이다.
일반적으로, 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)에서 가열된 유체의 질량은 약 T2 또는 그 이상의 온도에 있다. 가열된 유체의 질량이 툴(26)의 몰드 표면(24)과 질량 사이의 열 전달을 용이하게 하기 위해 T2보다 더 높은 적어도 약 50℉(10℃)이고, 더 일반적으로 T2보다 훨씬 더 높을 때 유용하다. 특정 실시예들에서, 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)에서 가열된 유체의 질량은 약 250 내지 약 600, 약 300 내지 약 550, 약 350 내지 약 500, 또는 약 400 내지 약 450℉(~121 내지 ~136, ~149 내지 ~288, ~177 내지 ~260, 또는 ~204 내지 ~232℃)의 온도에 있다. 가열된 유체의 질량으로 인해, 시스템(20)은 전술한 바와 같이 툴(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 가열할 수 있다.
방법은 히터-서브시스템(40)으로부터 유체를 툴(26)의 몰드 표면(24)으로 향하게 하는 단계를 더 포함한다. 유체는 서브시스템들(40, 48) 및 시스템(20)의 3-방향 밸브(58)와 통신하는 제어기(56)에 의해 향하게 될 수 있다. 유체는 제 2 시간 기간(Tt2) 동안 몰드 표면(24)을 T2로 유지한다. 몰드 표면(24)은 T2로 또는 허용가능한 허용오차 레벨, 예를 들어 T2 ± 15℉(± ~9℃)에 유지될 수 있다. Tt2 동안 몰드 표면(24)을 약 T2로 유지하는 것은 복합재 물품(22)의 수지를 경화하는데 유용하다. 복합재 물품(22)의 표면 특성들을 증가시키는데 유용한 것으로 또한 여겨진다. 서모스탯(thermostat) 변조는 허용오차 레벨 내에 유지하는데 사용될 수 있다.
Tt2는 다양한 시간 기간들일 수 있다. 일반적으로, Tt2는 Tt1보다 짧다. 하지만, Tt2는 Tt1이나 후속 기간 보다 더 길거나 그에 상당할 수도 있다. Tt2는 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 1 내지 약 7.5, 약 1 내지 약 5, 또는 약 1 내지 약 2.5분이다.
특정 실시예들에서, 방법은 툴(26)의 몰드 표면(24)을 T1 내지 T2 사이의 중간 온도(T1 -2)로 유지하는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 이 단계는 툴(26)의 몰드 표면(24)을 T2로 가열하기 전에 발생한다. T1 -2는 가열된 유체의 부분을 몰드 표면(24)에만 공급함으로써, 및/또는 히터-서브시스템(40)의 전체 온도를 제어함으로써 유지될 수 있다.
유체는 Tt1(Tt<1)의 부분 동안 몰드 표면(24)을 약 T1 -2로 유지한다. 유체는 서브시스템들(40, 48) 및 시스템(20)의 3-방향 밸브(58)와 통신하는 제어기(56)에 의해 향하게 될 수 있다. 몰드 표면(24)은 T1 -2 또는 허용가능한 허용오차 레벨, 예를 들어 T1-2 ± 15℉(± ~9℃)로 유지될 수 있다. Tt2 동안 몰드 표면(24)을 약 T1 -2로 유지하는 것은 복합재 물품(22)을 고체화하는데 유용하다는 것으로 여겨진다. 예를 들어, 복합재 물품(22)의 수지는 복합재 물품(22)의 탄소 섬유 매트에 더 급속히 흐르기 위해 최소 점도에 도달하고 및/또는 얇다. 그러한 고체화는 기계적 특성들을 달성하고 형성된 경우 복합재 물품(22)의 바디 패널들의 클래스 A 표면을 개선시키는데 유용한 것으로 여겨진다. 서모스탯 변조는 허용오차 레벨 내에 유지하는데 사용될 수 있다.
T1 -2는 다양한 온도들일 수 있다. 예를 들어, T1 -2는 T1에 가깝거나 T2에 가까운 T1과 T2의 중간에 있을 수 있다. 일반적으로, T1 -2는 약 100 내지 약 350, 약 150 내지 약 325, 약 200 내지 약 300, 약 225 내지 약 275, 또는 약 235 내지 약 265 ℉(~38 내지 ~177, ~66 내지 ~163, ~93 내지 ~149, ~107 내지 ~135, 또는 ~113 내지 ~129℃)이다.
Tt1< 1는 Tt1보다 작은 것을 조건으로 하여 다양한 시간 기간들일 수 있다. 일반적으로, Tt1 -2는 Tt2보다 더 길이다. 하지만, Tt1 -2는 또한 Tt2 또는 후속 시간 기간 이하일 수 있다. 일반적으로, Tt< 1는 약 1 내지 약 25 미만, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 1 내지 약 7.5, 약 1 내지 약 5, 또는 약 1 내지 약 2.5 분이다. 특정 실시예들에서, Tt<1은 1 내지 10분 미만이다.
도 2 중 하나와 같은 특정 실시예들에서, 방법은 제 3 시간 기간(Tt3) 내에서 툴(26)의 몰드 표면(24)을 약 T2로부터 제 3 온도(T3)로 냉각하기 위해 냉각된 유체의 질량을 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)로부터 툴(26)로 향하게 하는 단계를 더 포함한다. 다른 실시예들에서, 히터 서브시스템(40)은 유사한 방식으로 몰드 표면(24)을 냉각하는데 사용된다. 일반적으로, 이들 단계들 중 어느 하나는 Tt2 동안 툴(26)의 몰드 표면(24)을 T2로 유지한 후에 발생한다. 냉각된 유체의 질량은 서브시스템들(40, 48) 및 시스템(20)의 3-방향 밸브(58)와 통신하는 제어기(56)에 의해 향하게 될 수 있다. 도 18 중 하나와 같은 특정 실시예들에서, 방법은 Tt3 내에서 툴(26)의 몰드 표면(24)을 T2로부터 T3로 냉각하기 위해 제어기(56)를 통해 냉각된 제 2 열 유체의 질량을 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)로부터 교환기-서브시스템(49)으로 향하게 하는 단계를 더 포함한다.
T3은 다양한 온도들일 수 있다. 예를 들어, T3은 시동시 몰드 표면(24)의 온도일 수 있는데, 예를 들어 몰드 표면(24)은 주변 온도(또는 실온)일 수 있다. T3는 일반적으로 주변 온도보다 높다. 일반적으로, T3은 약 75 내지 약 150, 약 85 내지 약 140, 약 90 내지 약 130, 또는 약 100 내지 약 120 ℉(~24 내지 ~66, ~29 내지 ~60, ~32 내지 ~54, 또는 ~38 내지 ~49℃)이다.
Tt3는 다양한 시간 기간들일 수 있다. 일반적으로, Tt3은 이전 가열 시간 기간에 비해 길다. 하지만, Tt3은 또한 하나 이상의 가열 시간 기간 이상일 수 있다. 일반적으로, Tt3는 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 2.5 내지 약 10, 약 2.5 내지 약 7.5, 또는 약 4 내지 약 6 분이다.
일반적으로, 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)에서의 냉각된 유체의 질량은 약 T3 또는 그 이하의 온도에 있다. 냉각된 유체의 질량이 툴(26)의 몰드 표면(24)과 질량 사이의 열 전달을 용이하게 하기 위해 T3보다 적어도 약 50℉ 낮을 때 유용하다. 특정 실시예들에서, 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)에서의 냉각된 유체의 질량은 약 35 내지 약 70, 약 40 내지 약 60, 약 45 내지 약 55, 또는 약 50 ℉(~1.7 내지 ~21, ~4.4 내지 ~16, ~7 내지 ~13, 또는 ~10 ℃)의 온도에 있다. 이와 같이, 시스템(20)은 냉각된 유체의 질량으로 툴(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 냉각시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 방법은 툴(26)의 몰드 표면(24)을 가열하는데 유용하다. 일반적으로, 툴(26)의 몰드 표면(24)은 약 60, 약 70, 약 80, 약 90, 약 100, 약 110, 약 120, 약 130, 약 140, 약 150, 약 160, 약 170, 또는 약 180 분당 ℉(~33보다 큰, ~39보다 큰, ~44보다 큰, 약 ~50보다 큰, ~56보다 큰, ~61보다 큰, ~67보다 큰, ~72보다 큰, ~78보다 큰, ~83보다 큰, ~89보다 큰, ~94보다 큰, 또는 ~100 분당 ℃보다 큰)보다 큰 비율로 가열한다.
또한 전술한 바와 같이, 방법은 툴(26)의 몰드 표면(24)을 냉각하는데 유용하다. 일반적으로, 툴(26)의 몰드 표면(24)은 약 40, 약 50, 약 60, 약 70, 약 80, 약 90, 약 100, 약 110, 약 120, 약 130, 약 140, 약 150, 약 160, 약 170, 또는 약 180 분당 ℉(~33보다 큰, ~39보다 큰, ~44보다 큰, ~50보다 큰, ~56보다 큰, ~61보다 큰, ~67보다 큰, ~72보다 큰, ~78보다 큰, ~83보다 큰, ~89보다 큰, ~94보다 큰, 또는 ~100 분당 ℃보다 큰)보다 큰 비율로 냉각한다.
위에서 도입된 바와 같이, 제어기(56)는 이용되는 경우, 서브시스템들(40, 48, 49) 및 시스템(20)의 3-방향 밸브(58)를 이용하여 몰드 표면(24)을 가열 및 냉각하기 위해 다양한 제어 방식들로 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 제어기(56)는 몰드 표면(24)의 특정 시간 및/또는 특정 온도들에서 하나 이상의 3-방향 밸브들(46, 53, 54, 58)을 개방 또는 차단하도록 프로그래밍될 수 있다. 그러한 제어 방법은 전술한 바와 같이 유체를 툴(26)에 향하게 하고 및/또는 유체를 재순환하는데 유용하다. 시작점으로서, 제어기(56)의 제어 방식들은 압력솥들과 함께 일반적으로 사용된 제어 방식들로부터 모델링될 수 있다.
특정 실시예들에서, 제어기(56)는 Tt1 ≤ Tt2 또는 Tt1 ≥ Tt2 가 되도록 프로그래밍된다. 추가 실시예들에서, 제어기(56)는 Tt1 ≤ Tt3 이거나 Tt1 ≤ Tt3 이 되도록 프로그래밍된다. 일반적으로, Tt1 + Tt2 + Tt3 은 약 30, 약 25, 약 20, 약 19, 약 18, 약 17.5, 약 17, 약 15, 약 14, 약 13.5, 약 13, 약 12.5, 약 12, 약 11, 약 10, 약 7.5, 약 5, 약 2.5, 또는 약 2 분보다 크지 않다. 특정 실시예들에서, Tt1 + Tt2 + Tt3 은 약 20분, 약 19분, 약 18분, 또는 약 17분보다 크지 않고, 약 15, 약 10, 또는 약 5분 이하일 수 있다. 시스템(20)을 통해 툴(26)의 몰드 표면(24)의 직접 가열 및 냉각으로 인해, 복합재 물품들(22)을 제작하는 사이클 시간은 압력솥과 같은 종래의 방법들에 비해 크게 감소된다.
제어기(56)는 일반적으로 몰드 표면(24)에 근접하게 배치된 하나 이상의 저항성 열 디바이스(RTD)(미도시)로부터의 피드백에 의해 몰드 표면(24)의 온도를 측정한다. 제어기(56)는 하나 이상의 위치들에서 파이프(38)에 또는 이에 근접하여 배치된 하나 이상의 RTD들 및/또는 서브시스템들(40, 48, 49)에 또는 이에 근접하여 배치된 하나 이상의 RTD에 의해 유체의 온도를 측정할 수 있다. 다양한 유형들의 RTD들이 이용될 수 있다.
본 발명은 복합재 물품(22)을 형성하는 방법을 더 제공한다. 방법은 툴(26)을 제공하는 단계를 포함한다. 툴(26)은 전술한 바와 같을 수 있다. 방법은 사전 형성부(62)를 제공하는 단계를 더 포함한다. 사전 형성부(62)는 수동으로 또는 자동으로 제공될 수 있다.
사전 형성부(62)는 탄소 섬유 매트 및 수지를 포함한다. 연속적인 섬유 매트와 같은 다양한 유형들의 탄소 섬유 매트가 이용될 수 있다. 탄소 섬유 매트는 또한 직물 또는 끈(braid)으로 언급될 수 있다. 탄소 섬유 매트는 섬유들의 하나 이상의 층들, 일반적으로 섬유들의 적어도 2개의 층들을 포함할 수 있다. 탄소 섬유들은 표준 모듈러스, 중간 모듈러스, 높은 모듈러스, 또는 높은 세기의 탄소 섬유들과 같은 다양한 유형들일 수 있다. 특정 실시예들에서, 탄소 섬유들은 단방향성이다.
탄소 섬유 매트는 실질적으로 건식 및/또는 사전-프레그(pre-preg)일 수 있다. 특정 실시예들에서, 탄소 섬유 매트는 또한 사전 프레그로서 언급될 수 있는 탄소 섬유 사전-프레그이다. 적합한 탄소 섬유 매트들은 다양한 공급자들로부터 상업적으로 이용가능하다. 탄소 섬유 매트들의 특정 예들은 TORAYCA(등록상표) 시리즈, 예를 들어 TORAYCA(등록상표) T700S을 포함하는, TX, Flower Mound 소재의 Toray Carbon Fibers America, Inc.와; WA. Tacoma 소재의 Toray Composites (America), Inc.로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다. 탄소 섬유 매트들의 추가 특정 예들은 OK, Tulsa 소재의 Advanced Composites Group과; GRAFIL 시리즈 및 PYROFILTM 시리즈, 예를 들어 PYROFILTM TR30S를 포함하는, CA, Sacramento 소재의 Grafil, Inc.로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
열가소성 및/또는 열경화성 수지들 모두를 포함하는 다양한 유형들의 수지들이 이용될 수 있다. 일반적으로, 수지는 열경화성 수지이다. 적합한 열경화성 수지들의 예들은 에폭시 수지들을 포함한다. 특정 실시예들에서, 수지는 에폭시 수지를 포함한다. 수지는 수지의 경화를 촉진시키기 위해 하나 이상의 경화제들을 포함할 수 있다(또는 이와 혼합될 수 있다). 다양한 유형들의 경화제들이 이용될 수 있다. 수지는 시스템(20)에 의해 제공된 급속한 가열 및 경화를 이용하기 위해 전술한 시간 기간들에서 경화할 수 있어야 있다. 적합한 수지들은 다양한 공급자들로부터 상업적으로 이용가능하다. 수지들의 특정 예들은 UT, Salt Lake City 소재의 Huntsman International LLC와; Toray Carbon Fibers America, Inc.와; G83 사전-프레그 수지를 포함하는, Toray Composites (America), Inc.와; MTM57 사전-프레그 수지를 포함하는, Advanced Composites Group으로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
위에서 도입된 바와 같이, 복합재 물품(22)은 사전-프레그로 형성될 수 있는데, 사전-프레그는 수지로 이전에 주입된 탄소 섬유 매트이고, 습식 또는 건식 중 어느 하나이고, 일반적으로 약간 습식이다. 사전-프레그가 이용되면, 사전-프레그의 것과 동일하거나 상이한 추가 수지는 복합재 물품(22)을 형성하도록 이용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 대안적으로, 사전-프레그가 제공된 수지만이 수지로서 이용될 수 있다. 다양한 유형들의 사전-프레그들이 이용될 수 있다. 사전-프레그들 또는 사전-프레그 시스템들의 특정 예들은 PC7831-190-1000과 같은 Toray Composites (America), Inc.와; MTM57/CF3238과 같은 Advanced Composites Group으로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
방법은 툴(26)의 몰드 표면(24) 상에 사전 형성부(62)를 배치하는 단계를 더 포함한다. 사전 형성부(62)는 수동으로 또는 자동으로 배치될 수 있다. 방법은 Tt1 내에 툴(26)의 몰드 표면(24)을 T1로부터 T2로 가열하는 단계를 더 포함한다. T1, T2, 및 Tt1은 전술한 바와 같을 수 있다. 몰드 표면(24)을 가열하는 것은 사전 형성부(62)의 수지를 얇게 하는데 유용하다. 이와 같이, 수지는 탄소 섬유 매트 주위에, 그 안으로 그리고 그 내에서 더 잘 흐를 수 있다. 몰드 표면(24), 및 이에 따라 사전 형성부(62)는 전술한 바와 같이 시스템(20)으로 가열될 수 있다.
방법은 압력을 사전 형성부(62)에 가하는 단계를 더 포함한다. 압력은 다양한 수단에 의해 가해질 수 있다. 일반적으로, 압력은 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, 프레스(64)에 의해 가해진다. 압력은 제 1 압력(P1)으로부터 제 2 압력(P2)으로 가해진다.
압력은 다양한 비율들로 가해질 수 있다. 가압율은 선형 또는 곡선일 수 있다. 예를 들어, 가압율은 감소율로 증가할 수 있고, 증가율로 증가할 수 있고, 실질적으로 일정하거나, 이들의 조합들일 수 있다. 일반적으로, 압력은 약 0.1, 약 0.2, 약 0.3, 약 0.4, 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.8, 약 0.9, 약 1, 약 1.1, 약 1.2, 약 1.3, 약 1.4, 약 1.5, 또는 약 2보다 큰 초당(sec) 정사각형 인치당 파운드(psi)(1 psi/sec는 ~2.07 kPa/sec이다)의 비율로 가해진다.
P1은 다양한 압력들일 수 있다. 예를 들어, P1은 표준 대기압(~14.7 psi)일 수 있다. 일반적으로, P1은 약 0 내지 약 5, 약 0 내지 약 1, 약 0 내지 약 0.5, 약 0 내지 약 0.25m, 또는 약 0 내지 약 0.1 psi 게이지(psig)(1 psig는 ~2.07 kPa 게이지이다)이다.
P2는 다양한 압력들일 수 있다. 예를 들어, P2는 가압 동안 도달된 최대 압력일 수 있다. 일반적으로, P2는 약 50 내지 약 150, 약 60 내지 약 140, 약 70 내지 약 130, 약 80 내지 약 120, 약 90 내지 약 110, 또는 약 100 psig이다.
압력은 제 1 시간 기간(Pt1) 내에 가해진다. 압력을 가하는 것은 특히, 수지가 열의 적용을 통해 얇아진 후에, 사전 형성부(62)를 고체화하는데 유용하다. Pt1은 다양한 기간들일 수 있다. 일반적으로, Pt1은 가압 또는 감압하는 후속 시간 기간들에 비해 짧다. 하지만, Pt1은 또한 가압 또는 감압의 하나 이상의 후속 시간 기간들보다 길거나 동일할 수 있다. 일반적으로, Pt1은 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 2.5 내지 약 10, 약 2.5 내지 약 7.5, 또는 약 4 내지 약 6 분이다.
방법은 제 2 시간 기간(Pt2) 동안 압력을 약 P2로 유지하는 단계를 더 포함한다. 압력은 P2로 또는 허용가능한 허용오차 레벨, 예를 들어 P2± 10 psi(1 psi는 ~2.07 kPa이다)로 유지될 수 있다. Pt2 동안 압력을 약 P2로 유지하는 단계는 복합재 물품(22)의 수지를 추가로 고체화 및 경화하는데 유용하다. 변조는 허용오차 레벨 내에서 유지하는데 사용될 수 있다.
Pt2는 다양한 시간 기간들일 수 있다. 일반적으로, Pt2는 Pt1보다 짧다. 하지만, Pt2는 또한 Pt1 또는 후속 시간 기간 이상일 수 있다. 일반적으로, Pt2는 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 1 내지 약 7.5, 약 1 내지 약 5, 또는 약 1 내지 약 2.5 분이다.
특정 실시예들에서, 방법은 P2 이전에 Pt1(Pt<1)의 부분에 대해 P1과 P2 사이의 중간 온도(P1 -2)로 압력을 유지하는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 이러한 단계는 P2로 가압하기 전에 발생한다. 압력은 P1 -2 또는 허용가능한 허용오차 레벨, 예를 들어 P1 -2 ± 10 psi로 유지될 수 있다. Pt<1 동안 압력을 약 P1 -2로 유지하는 것이 복합재 물품(22)을 고체화하는데 유용하다고 여겨진다. 예를 들어, 수지는 사전 형성부(62)의 탄소 섬유 매트 내에서 더 급속히 흐르도록 최소 점도에 있거나 얇아질 수 있다. 변조는 허용오차 레벨 내에서 유지하는데 사용될 수 있다.
P1 -2는 다양한 압력들일 수 있다. 예를 들어, P1 -2는 P1에 가깝거나 P2에 가까운, P1과 P2의 중간에 있을 수 있다. 일반적으로, P1 -2는 약 25 내지 약 125, 약 35 내지 약 115, 약 45 내지 약 105, 약 50 내지 약 100, 약 55 내지 약 95, 약 65 내지 약 85, 또는 약 75 psig이다.
Pt<1은 Pt1보다 작은 것을 조건으로 하여 다양한 시간 기간들일 수 있다. 일반적으로, Pt1 -2는 Pt2보다 길다. 하지만, Pt1 -2는 또한 Pt2 또는 후속 시간 기간 이하일 수 있다. 일반적으로, Pt< 1는 약 1 내지 약 25미만, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 10, 약 1 내지 약 7.5, 약 1 내지 약 5, 또는 약 1 내지 약 2.5 분이다.
방법은 복합재 물품(22) 상의 압력을 감소시키는 단계를 더 포함한다. 방법은 Tt3 내에 몰드 표면(24)을 약 T2로부터 T3로 강하시키기 위해 툴(26)의 몰드 표면(24)을 냉각하는 단계를 더 포함한다. 툴(26)의 몰드 표면(24)은 전술한 바와 같이 시스템(20)으로 냉각될 수 있다. 방법은 툴(26)의 몰드 표면(24)으로부터 복합재 물품(22)을 제거하는 단계를 더 포함한다. 복합재 물품(22)은 수동으로 또는 자동으로 제거될 수 있다.
전술한 바와 같이, 시스템(20)은 툴(26)의 몰드 표면(24)을 가열 및 냉각하는데 사용될 수 있다. 제어기(56)는 이용되는 경우, 서브시스템들(40, 48, 49) 및 시스템(20)의 3-방향 밸브(58)를 이용하여 몰드 표면(24)을 가열 및 냉각하기 위해 다양한 제어 방식들로 프로그래밍될 수 있다. 제어기(56)는 또한 다양한 시간 및/또는 다양한 온도들로 압력을 복합재 물품(22)에 가하고 제거하도록 프로그래밍될 수 있다.
전술한 바와 같이, 압력은 다양한 수단에 의해 가해질 수 있다. 아래에 추가로 설명되는 특정 실시예들에서, 압력 탱크(66)는 압력을 복합재 물품(22)에 가하도록 프레스(64)와 함께 사용된다. 본 명세서에서 복합재 물품(22)에 대한 저항이 형성도에 따라 사전 형성부(62)로 지칭될 수 있다는 것이 인식될 것이다.
특정 실시예들에서, 제어기(56)는, T1 ≤ Tt2 또는 Tt1 ≥ Tt2 이 되도록 프로그래밍된다. 추가 실시예들에서, 제어기(56)는, Tt1 ≥ Tt3 또는 Tt1 ≤ Tt3 이 되도록 프로그래밍된다. 총 Tt1 + Tt2 + Tt3은 전술한 바와 같이, 특정 실시예들에서, 제어기(56)는, Pt1 ≤ Pt2 또는 Pt1 ≥ Pt2 이 되도록 프로그래밍된다. 추가 실시예들에서, 제어기(56)는, Pt1 ≤ Tt1 또는 Pt1 ≥ Tt1 이 되도록 프로그래밍된다. 또 추가 실시예들에서, 제어기(56)는, Pt2 ≤ Tt1 또는 Pt2 ≥ Tt1 이 되도록 프로그래밍된다. 일반적으로, (Pt1 + Pt2) ≤ (Tt1 + Tt2 + Tt3). 상기 다른 방식으로, 일반적으로 가열 및 냉각하기 위한 총 시간은 복합재 물품(22)을 형성하기 위해 총 사이클 시간을 한정한다.
각 온도 및 압력 시간 기간들에 대한 타이밍은 복합재 물품(22)의 표면 및/또는 기계적 특성들을 변경하도록 변화될 수 있다. 상이한 유형들의 복합재 물품들(22)을 제작하기 위한 특정 가열, 냉각, 가압, 및 감압 프로파일들은 루틴 실험을 통해 결정될 수 있다. 특정 프로파일들의 예들은 아래에 추가로 설명되는 도 11, 도 12 및 도 13에 도시된다. 전술한 바와 같이, 시스템(20)을 통한 몰드 표면(24)의 직접 가열 및 냉각으로 인해, 복합재 물품(22)을 제작하는 사이클 시간은 종래의 방법들, 예를 들어 압력솥에 비해 크게 감소된다.
본 발명은 다른 방법을 제공한다. 방법은 복합재 물품(22)을 형성하는데 사용된다. 방법은 툴(26) 및 사전 형성부(62)를 제공하는 단계들을 포함한다. 툴(26) 및 사전 형성부(62)는 전술한 바와 같을 수 있다.
방법은 프레스(64)를 제공하는 단계를 더 포함한다. 프레스(64)는 시스템(20), 압력 탱크(66), 및/또는 제어기(56) 각각에 근접하게 또는 말단에 위치될 수 있다. 시스템(20)의 서브시스템들(40, 48, 49)은 서로 근접하게 또는 말단에 위치될 수 있다. 이용되는 경우, 교환기-서브시스템(49)은 일반적으로 프레스(64)에 근접한다. 제어기(56)는 서브시스템들(40, 48, 49) 및 압력 탱크(66) 각각에 근접하거나 말단에 위치될 수 있다. 이와 같이, 시스템(20)은 각 구성요소들을 배열하는데 융통성을 제공한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 프레스(64)는 플랫폼(68)과, 플랫폼(68)을 향하는 커버(70)를 갖는다. 프레스(64)의 플랫폼(68)은 툴(26)을 지지하는데 유용하다. 방법은 커버(70)와 플랫폼(68) 사이의 공동(72)을 한정하기 위해 플랫폼(68)을 커버(70)에 접촉(또는 결합)하는 단계를 더 포함한다. 공동(72)은 또한 플리넘(plenum)으로 언급될 수 있다. 일반적으로, 커버(70) 및/또는 플랫폼(68)은 주변 가스킷(74)과 같은 주변 밀봉부(74)를 포함하여, 공동(72)은 공기 밀폐된다. 이러한 방식으로, 공동(72)은 툴(26) 주위에 가압된 및/또는 온도 제어된 환경을 유지하도록 동작가능하다. 다양한 유형들의 밀봉부들(74)이 이용될 수 있다. 이들 실시예들에서, 커버(70)는 일반적으로 단단하고 구부러지지 않는다(고무 또는 "블래더" 유형의 몰드 표면과 상이함). 다양한 유형들의 프레스들(64)이 이용될 수 있다. 프레스(64)는 본 명세서에 기재된 압력들을 취급할 수 있어야 한다. 적합한 프레스들(64)은 다양한 공급자들로부터 상업적으로 이용가능하다. 프레스들(64)의 특정 예들은 WA, Tacoma 소재의 Glboe Machine Manufacturing Company로부터 이용가능한 것을 포함한다.
도 3을 참조하면, 방법은 플랫폼(62)을 툴(26)의 몰드 표면(24) 상에 배치하는 단계를 더 포함한다. 방법은 툴(26)의 몰드 표면(24)과 진공 캐노피(36) 사이에 엔벨로프(envelope)(미도시)를 한정하기 위해 진공 캐노피(36)를 툴(26) 상에 배치하는 단계를 더 포함한다. 플랫폼(62) 및 진공 캐노피(36)는 수동으로 또는 자동으로 배치될 수 있다.
진공 캐노피(36)는 또한 백(36) 또는 시트(36)로서 언급될 수 있다. 진공 캐노피(36)는 중합 물질, 예를 들어 실리콘과 같은 다양한 물질들로 형성될 수 있다. 진공 캐노피(36)는 엔벨로프를 형성하는데 도움을 주기 위해 주변 밀봉부(78), 예를 들어 주변 가스킷(78)을 포함할 수 있다. 더욱이, 또는 대안적으로, 퍼티(putty)(78)가 사용될 수 있다. 다양한 유형들의 밀봉부들(78) 및/또는 퍼티(78)가 이용될 수 있다. 일반적으로, 엔벨로프는 공기 밀폐된다. 진공 캐노피(36)는, 강성도를 추가하고 진공 캐노피(36)의 취급을 용이하게 하기 위한 주변 프레임(80)을 포함할 수 있다. 핸들들(미도시)은 진공 캐노피(36)를 이동하기 위해 주변 프레임(80)에 부착될 수 있다. 걸쇠들(clasps)(82)은 또한 툴(26)의 패스너들(34)과 상호 작용하기 위해 주변 프레임(80)에 부착될 수 있다. 걸쇠들(82) 및 패스너들(34)은 툴(26) 상에 진공 캐노피(36)의 배향을 유지하는데 유용하다.
해제 시트(release sheet)(미도시)는 고정(sticking)을 방지하기 위해 진공 캐노피(36)와 사전 플랫폼(62) 사이에 배치될 수 있다. 해제 시트 또는 코팅(미도시)은 또한 복합재 물품(22)이 고정하는 것으로부터 방지하기 위해 몰드 표면(24)에 가해질 수 있다. 다양한 유형들의 해제 시트들 및/또는 코팅들이 이용될 수 있다. 해제 시트는 중합 필름과 같은 다양한 물질들로 형성될 수 있다.
방법은, 일단 확립되면 프레스(64)의 공동(72) 내에 있도록 커버(70) 아래에 툴(26)을 배치하는 단계를 더 포함한다. 툴(26)은 일반적으로 공동(72)을 확립하기 위해 커버(70)를 플랫폼(68)에 접촉하기 전에 프레스(64)의 커버(70) 아래에 배치된다. 툴(26)은 일반적으로 본 명세서에 배치될 때, 공동(72)의 전체 부피의 적어도 약 33%, 적어도 약 50%, 적어도 약 66%, 적어도 약 75%, 적어도 약 80%, 적어도 약 85%, 또는 적어도 약 90%를 차지한다. 이와 같이, 공동(72)의 나머지 부피는 일반적으로, 툴(26)이 존재할 때 전체 부피에 비해 작다. 삽입부들, 분할부들, 또는 블록들(미도시)은 원하는 경우 공동에서 추가 부피를 차지하는데 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 지지 테이블(84)은 프레스(64)에 나란히 배치된다. 지지 테이블(84)은 툴(26)을 유지, 적재 및 적하하는데 유용하다. 다른 지지 테이블(84)은 적하를 위해 프레스(64)의 대항 측면 상에서 사용될 수 있거나, 단지 하나의 지지 테이블(84)이 사용될 수 있다.
캐리어(86)는 플랫폼(68)에 인접하게 배치된다. 캐리어(86)는 일반적으로 체인형 트랙(88) 상에 있고, 툴(26)과 맞물리기 위해 적어도 하나의 후크(90)를 포함하고, 일반적으로 툴(26)의 각 측면과 맞물리기 위한 하나의 후크(90)를 포함한다. 캐리어(86)는 툴(26)을 지지 테이블(84)로부터 프레스(64)의 플랫폼(68)으로, 그리고 프레스(64)의 커버(70) 아래로 잡아 당기는데 유용하다.
캐리어(86)가 커버(70) 아래의 대부분의 경로로 툴(26)을 이동시킨 후에, 캐리어(86)는 커버(70)의 경로 밖으로 이동한다. 커버(70)는 그런 후에 플랫폼(68)과 맞물리고(또는 결합하고) 공동(72)을 한정하기 위해 플랫폼(68)에 걸쳐 아래로 하강한다. 피스톤들(92) 및/또는 기어들(94)은 프레스(64)의 커버(70)를 적소로 위 및 아래로 이동시키는데 사용될 수 있다.
일단 커버(70)가 플랫폼(68)과 접촉하면, 커버(70) 상에 배치된 램들(96)은 커버(70) 및 공동(72)으로 연장한다. 램들(96)은 툴(26) 상의 수용부들(98)과 맞물리고, 공동(72) 내에 툴(26)을 실질적으로 중심에 두기 위해 플랫폼(68) 상에서 툴(26)을 추가로 밀어낸다. 이때에, 툴(26)은 일반적으로 시스템(20)과 유체 왕래하도록 정렬된다. 툴(26)로부터 시스템(20)으로의 그러한 유체 왕래는 커버(70)를 통해 및/또는 프레스(64)의 플랫폼(68)을 통해 루팅될 수 있다. 프레스(64)는 커버(70)를 하강시키기 전에 및/또는 몰드 표면(24)을 가열하기 전에 툴(26)의 적절한 위치를 보장하기 위해 하나 이상의 센서들(미도시)을 포함할 수 있다.
특정 실시예들에서, 시스템(20)은 프레스(64) 및 툴(26)을 자동으로 결합시키기 위한 연결 시스템을 포함한다. 연결 시스템은 시스템(20)을 통해 열 유체를 툴(26)로 그리고 툴(26)로부터 왕래시키는데 유용하다. 도 15를 참조하면, 툴(26)을 위한 툴-연결 시스템(200)이 도시된다. 툴-연결 시스템(200)은 유체 공급부들, 유체 복귀부들, 및 센서들과 같이, 다양한 요소들을 툴(26)에 연결시키기 위한 복수의 연결부들을 포함한다. 상기 다른 방식으로, 툴-연결 시스템(200)은 다양한 서비스들을 툴(26)에 제공할 수 있고, 선택적으로 프레스(64)의 공동(72)에 제공할 수 있다. 일반적으로, 요소들은 서비스들을 제공하고, 툴(26)과 통신한다. 이들 요소들은 일반적으로 툴(26)의 튜브(28)와 유체 왕래하는 것과 같이 툴(26)과 통신한다.
툴-연결 시스템(200)은 툴(26)의 온도 모니터링 및 피드백을 위한 상대적 열 디바이스(RTD) 숫 커넥터(202)를 포함한다. 툴-연결 시스템(200)은 또한 제 1 정령 부싱(204)과, 열 유체를 입구(30)로부터 툴(26)로 공급하기 위한 열 유체 입구 밸브(206)와, 숫 로킹 핀(208)과, 출구(32)로부터 열 유체를 툴(26)로 복귀시키기 위한 열 유체 배출 밸브(210)와, 제 2 정렬 부싱(212)과, 툴(26)의 압력 모니터링을 위한 진공 커넥터(214) 및 정적 커넥터(216)를 포함한다. RTD 외에도 또는 대안으로서, 열전쌍들과 같이 툴(26)의 온도 측정의 다른 형태들이 또한 이용될 수 있다. 이들 형태들은 열전쌍들, 광 파이로미터들(optical pyrometers) 및 다른 유사한 시스템들을 포함한다. 특정 실시예들은 실제 온도 또는 온도에서의 변화율을 모니터링할 수 있다.
도 16을 참조하면, 프레스(64)를 위한 프레스-연결 시스템(218)이 도시된다. 프레스-연결 시스템(218)은 유체 공급부들, 유체 복귀부들, 및 센서들과 같이, 다양한 요소들을 프레스(64)에 연결하기 위한 복수의 연결부들을 포함한다. 이들 요소들은 일반적으로 시스템(20)의 파이프(38)와 유체 왕래하는 것과 같이 시스템(20)과 통신한다. 프레스-연결 시스템(218)은 툴(26)의 온도 모니터링 피드백을 위한 RTD 암 커넥터(220)를 포함한다. 프레스-연결 시스템(218)은 또한 열 유체를 툴(26)로부터 입구(30)에 공급하기 위한 열 유체 배기 밸브(222)와, 열 유체를 툴(26)로부터 출구(32)로 복귀시키기 위한 열 유체 입구 밸브(224)와, 제 1 정렬 핀(226)과, 진공 커넥터(228)와, 툴(26)의 압력 모니터링을 위한 정적 커넥터(230)와, 수압 엑추에이터들에 의해 동작된 숫 로킹 링(230)과, 제 2 정렬 핀(232)을 포함한다.
도 17을 참조하면, 프레스(64)는 복합재 물품(22)을 형성하기 위해 프레스 사이클 동안 묘사된다. 프레스(64) 및 툴(26)은 시스템(20)과 조합하여 프레스-연결 시스템(218) 및 툴-연결 시스템(200)에 의해 부분적으로 제공된 압력 및 온도 프로파일을 갖는다. 일반적으로, 프레스(64)의 커버(70)와 툴(26) 사이의 연결은, 커버(70)가 차단된 후에 자동으로 이루어진다. 특히, 툴-연결 시스템(200) 및 프레스-연결 시스템(218)은, 툴(26)이 프레스(64)에 들어간 후에 서로 결합되고 맞물린다. 일반적으로, 도 17에 도시된 바와 같이, 램들(96)은 연결 시스템들(200, 218)을 함께 밀어 넣는데 사용된다. 캐리어(86)는 나중에 연결 시스템들(200, 218)을 분리되게 잡아당기는데 사용될 수 있다. 일단 결합되면, 툴(26) 및 프레스(64)는 서로 유체( 및 일반적으로 전기 통신)에 있을 뿐 아니라, 제어기(56)와 통신한다.
특정 실시예에서, 툴-연결 시스템(200)은 툴(26)에 동작가능하게 연결되고, 프레스-연결 시스템(218)은 히터-서브시스템(40) 및 교환기-서브시스템(49)과 유체 왕래한다. 전술한 바와 같이, 연결 시스템들(200, 218)은 제 1 열 유체를 툴(26)로 그리고 툴(26)로부터 공급 및 수용하기 위해 함께 결합한다. 프레스-연결 시스템(218)은 제 1 열 유체로 몰드 표면(26)을 가열 및 냉각시키기 위해 툴(26)의 튜브(28)에 동작가능하게 연결된다. 프레스-연결 시스템(218)은 툴-연결 시스템(200)과 결합하기 위해 프레스(64)의 커버(70) 및/또는 플랫폼(68)을 통해 공동(72) 안으로 동작가능하게 연결되는 한편, 툴(26)은 제 1 열 유체로 몰드 표면(26)을 가열 및 냉각하기 위해 프레스(64)의 공동(70) 내에 배치된다.
그러한 "빠른-연결/연결 해제" 구성은 시간이 지남에 따라 합병된 변경 없이 이용될 다수의 툴(26) 변동들을 허용하는 것과 같이 제조 다기능성을 제공한다. 예를 들어, 툴들(26)의 다양한 구성들이 이용될 수 있고, 연결 시스템들(200, 218)을 통해 프레스(64)에 간단히 "플러그 연결"될 수 있다. 이것은 또한 시스템(20)에서 툴들(26)로부터 빠른 변경을 허용한다. 툴(26)의 변경들은 5분의 시간 프레임에서, 2분만큼 빨리 그리고 10분만큼 길게 발생할 수 있다. 비교로서, 강화 섬유 플라스틱 부분들의 압축 몰딩에서의 기존의 툴 변경들은 4시간이 걸릴 수 있다.
위에 도입된 바와 같이, 툴(26)의 위치 지정 및 가해진 온도 및 압력을 포함하는 시스템(20)의 동작은 일반적으로 제어기(56)에 의해 모니터링되고 제어된다. 제어기(56)는 공유된 프로세싱 디바이스들 및/또는 개별적인 프로세싱 디바이스들을 이용하여 구현될 수 있다. 프로세싱 디바이스들은 마이크로프로세서들, 마이크로-제어기들, 디지털 신호 프로세서들, 마이크로컴퓨터들, 중앙 처리 유닛들, 전계 프로그래밍가능 게이트 어레이들, 프로그래밍가능 논리 디바이스들, 정적 기계들, 논리 회로, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 동작 지시들에 기초하여 신호들(아날로그 및/또는 디지털)을 조정하는 임의의 디바이스를 포함할 수 있다. 메모리는 단일 메모리 디바이스 또는 복수의 메모리 디바이스들일 수 있다. 그러한 메모리 디바이스는 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 휘발성 메모리, 비-휘발성 메모리, 정적 메모리, 동적 메모리, 플래시 메모리, 및/또는 디지털 정보를 저장하는 임의의 디바이스일 수 있다. 기저대역 프로세싱 모듈이 상태 기계, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 논리 회로를 통해 하나 이상의 기능들을 구현할 때, 대응하는 동작 지시들을 저장하는 메모리가 상태 기계, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 논리 회로를 포함하는 회로에 내장된다는 것이 주지된다.
방법으로 돌아가면, 방법은 진공을 진공 캐노피(36)에 가하여, 툴(26)의 몰드 표면(24)에 인접하게 사전 형성부(62)를 유지하기 위해 엔벨로프를 배출하는 단계를 더 포함한다. 이것은 가열 및 냉각을 위해 사전 형성부(62)를 몰드 표면(24)과 접촉하게 유지하는데 유용하다. 진공은 다양한 방법들에 의해 가해질 수 있다. 예를 들어, 진공 펌프(미도시)는 몰드 표면(24)으로부터 공기를 유입하는 툴(26)에 연결될 수 있다. 일반적으로, 진공은 툴(26) 상의 진공 캐노피(36)의 적절한 밀봉을 보장하기 위해 캐노피(72) 내에 툴(26)을 배치하기 전에 테스트된다. 전술한 바와 같이, 패스너들(34) 및 걸쇠들(82)은 툴(26) 상에 진공 캐노피(36)를 정렬하는데 유용하다. 진공 펌프는 커버(70)를 통해 및/또는 프레스(64)의 플랫폼(68)을 통해 툴과 유체 왕래될 수 있다. 진공은 약 10 내지 약 35, 또는 약 12.5 내지 약 32.5, 또는 약 15 내지 약 30 Hg와 같은 다양한 압력들로 가해질 수 있다.
방법은 Tt1 내에서 툴(26)의 몰드 표면(24)을 T1 으로부터 T2로 가열하는 단계를 더 포함한다. 이것은 사전 형성부(62)의 수지를 얇게 하는데 유용하다. T1, T2, 및 Tt1은 전술한 바와 같을 수 있다. 시스템(20)은 몰드 표면(24)을 가열하는데 사용될 수 있다.
방법은 Pt1 내에 프레스(64)의 공동(72)을 P1 으로부터 P2로 가압하는 단계를 더 포함한다. 이것은 사전 형성부(62)를 고체화하는데 유용하다. P1, P2, 및 Pt1은 전술한 바와 같을 수 있다. 일반적으로, 방법은 압력 탱크(66)를 제공하는 단계를 더 포함한다. 압력 탱크(66)는 프레스(64)의 공동(72)을 가압 및/또는 감압하기 위해 프레스(64)의 공동(72)과 유체 왕래한다. 그러한 유체 왕래는 커버(70) 및/또는 프레스(64)의 플랫폼(68)을 통할 수 있다.
특정 실시예들에서, 가스는 사용 후에 공동(72)으로부터 재순환된다. 다른 실시예들에서, 가스는 재순환되기보다는 사용 후에 공동(72)으로부터 배출된다. 압력 탱크(66)는 다양한 압축 가스들을 함유할 수 있다. 일반적으로, 압력 탱크(66)는 압축 공기를 함유하여, 프레스(64)의 공동(72)은 공기로 가압된다. 특정 실시예들에서, 압력 탱크(66)는 압축된 질소 가스(N2)를 갖지 않는다. 공기가 ~78% N2를 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 공기가 일반적으로 공동(72)을 가압하는데 사용되지만, 다른 유형들의 가스들이 또한 사용될 수 있다.
압력 탱크(66)는 압축 가스를 함유하는 독립형 가압된 탱크일 수 있거나, 공기 압축기의 부분일 수 있다. 압력 탱크(66) 및/또는 공기 압축기는 다양한 유형들일 수 있다. 압력 탱크(66) 및/또는 공기 압축기는 프레스(64)의 공동(72)과 연관된 압력들을 다루고 전달할 수 있어야 한다. 예를 들어, 압력 탱크(66)는 프레스(64)의 공동(72)을 단지 120초에 적어도 150 psig로 가압할 수 있어야 한다. 적합한 압력 탱크(66) 및 공기 압축기들은 다양한 공급자들로부터 상업적으로 이용가능하다. 공기 압축기들의 특정 예들은 Sullair(등록상표) Stationary Air Power Systems, 예를 들어 Sullair(등록상표) 2200, Sullair(등록상표) 3700, Sullair(등록상표) 4500, 및 Sullair(등록상표) 7500을 포함하는, IN, Michigan City 소재의 Sullair(등록상표)로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
압력 탱크(66)는 건조기(미도시)와 유체 왕래할 수 있다. 건조기는 프레스(64)의 공동(72)으로 보내지거나 이로부터 복귀된 압축 가스로부터 습기를 제거하는데 유용하다. 건조기는 다양한 유형들일 수 있다. 적합한 건조기들은 다양한 공급자들로부터 상업적으로 이용가능하다. 건조기들의 특정 예들은 Drypoint(등록상표) 시리즈, 예를 들어 Drypoint(등록상표) RA를 포함하는, GA, Atlanta 소재의 BEKO Technologies Corp.로부터 상업저긍로 이용가능한 것을 포함한다.
일반적으로, 방법은 시스템(20)을 제공하는 단계와, 툴(26)의 몰드 표면(24)의 가열 및 냉각을 위해, 그리고 공동(72)을 가압 및 감압하기 위해 제어기(56)를 제공하는 단계를 더 포함한다. 예를 들어, 제어기(56)는 압력 탱크(66) 및 프레스(64)와 통신할 수 있으며, 제어기(56)는 공동(72)을 가압 또는 감압하기 위해 압력 탱크(66) 및/또는 프레스(64)를 제어한다. 제어기(56)는 일반적으로 공동(72) 내에 배치된 하나 이상의 압력 센서들(미도시)로부터의 피드백에 의해 공동(72)의 압력을 측정한다. 제어기(56)는 일반적으로 특정 시간 및/또는 온도들로 특정 압력들을 설정하도록 프로그래밍된다.
방법은 Tt2 동안 툴(26)의 몰드 표면(24)을 약 T2로 유지하는 단계를 더 포함한다. 이것은 수지를 경화하는데 유용하다. 방법은 툴(26)의 몰드 표면(24)을 T2로 가열하기 전에 Tt<1 동안 툴(26)의 몰드 표면(24)을 T1 -2로 유지하는 단계를 더 포함한다.
방법은 Pt2 동안 프레스(64)의 공동(72)을 약 P2로 유지하는 단계를 더 포함한다. 이것은 복합재 물품(22)을 추가로 고체화하고 경화하는데 유용하다. 방법은 Tt3 내에 몰드 표면(24)을 약 T2로부터 T3로 강하시키기 위해 툴(26)의 몰드 표면(24)을 냉각하는 단계를 더 포함한다. 제어기(56), 시스템(20), 및 압력 탱크(66)는 이들 단계들에 사용될 수 있다.
방법은 프레스(64)의 공동(72)을 감압하는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 공동(72)은 제 3 시간 기간(Pt3)에 걸쳐 P1로 다시 감압된다. 프레스(64)의 공동(72)은 다양한 비율들로 감압될 수 있다. 감압율은 선형 또는 곡선일 수 있다. 예를 들어, 감압율은 감소율에서 증가할 수 있고, 증가율에서 증가할 수 있고, 실질적으로 일정하거나, 이들의 조합들일 수 있다. 일반적으로, 감압은 약 0.1, 약 0.2, 약 0.3, 약 0.4, 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.8, 약 0.9, 약 1, 약 1.1, 약 1.2, 약 1.3, 약 1.4, 또는 약 1.5 초당 psi보다 큰 비율에 있다. 특정 실시예들에서, 공동(72)은 약 100, 약 75, 약 50, 약 25, 또는 약 10 초당 psi보다 높은 비율로 감압될 수 있다.
Pt3은 다양한 시간 기간들일 수 있다. 일반적으로, Pt3은 가압의 이전 시간 기간에 비해 짧다. 하지만, Pt3은 또한 가압의 하나 이상의 이전 시간 기간들보다 길거나 동일할 수 있다. 일반적으로, Pt3는 약 1 내지 약 25, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 15, 약 1 내지 약 12.5, 약 1 내지 약 10, 약 1 내지 약 7.5, 약 1 내지 약 5, 또는 약 1 내지 약 2 분이다. 일반적으로, (Pt1 + Pt2 + Pt3) ≤ (Tt1 + Tt2 + Tt3)이다.
방법은 프레스(64)의 공동(72)을 P2로 가압하기 전에 Pt<1 동안 프레스(64)의 공동(72)을 P1 -2로 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 프레스(64)의 플랫폼(68)과 커버(70)를 분리시키는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 공동(72)에서의 압력은 주변 밀봉부(74) 및/또는 복합재 물품(22)에 대한 손상을 방지하기 위해 커버(70)와 플랫폼(68)을 분리시키기 전에 감소된다. 전술한 바와 같이, 압력 탱크(66)는 공동(72)을 감압하는데 사용될 수 있다. 이에 더하여 또는 대안적으로, 프레스(64)는 빠른 또는 제어된 방식으로 압축 가스를 대기로 배출할 수 있다. 방법은 진공 캐노피(36) 상에 진공을 유지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이것은 일반적으로 프레스(64)의 공동(72)이 가압되는 동안 이루어진다.
방법은 프레스(64)로부터 툴(26)을 제거하는 단계를 더 포함한다. 캐리어(86)는 툴(26)을 플랫폼(68)으로부터 지지 테이블(84) 또는 다른 지지 테이블(84)로 다시 밀어 넣거나 잡아당기는데 사용될 수 있다. 도 8을 참조하면, 프레스(64)의 다른 실시예가 도시된다. 하나의 지지 테이블(84)은 적재에 사용될 수 있고, 하나의 지지 테이블(84)은 적하에 사용될 수 있다. 이 구성에서, 상이한 툴들(26)은 이전 적하된 툴(26)을 이용하기보다는 프레스(64)를 적재하는데 사용될 수 있다. 이전에 적하된 툴(26)이 나중에 프레스(64)에 적재될 수 없다는 것은 말할 필요도 없다.
방법은 툴(26)로부터 진공 캐노피(36)를 제거하는 단계를 더 포함한다. 진공 캐노피(36)는 수동으로 또는 자동으로 제거될 수 있다. 방법은 툴(26)의 몰드 표면(24)으로부터 복합재 물품(22)을 제거하는 단계를 더 포함한다. 복합재 물품(22)은 수동으로 또는 자동으로 제거될 수 있다. 일반적으로, 복합재 물품(22)은 장갑 낀(gloved)(또는 노출된) 손으로 다루어질 수 있는 온도에 있다. Tt1 + Tt2 + Tt3은 전술한 바와 같다.
본 발명은 또한 사전 형성부(62)를 형성하는 방법을 제공한다. 방법은 레이업(layup)(또는 레이-업) 방법으로서 언급될 수 있다. 사전 형성부(62)는 복합재 물품(22)을 형성하기 위해 전술한 시스템(20) 및/또는 발명의 방법들과 함께 사용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 방법은 굴대 표면(102)을 갖는 굴대(100)를 제공하는 단계를 포함한다. 다양한 유형들의 굴대들(100)이 이용될 수 있다. 적합한 굴대들(100)은 다양한 공급자들로부터 상업적으로 이용가능하다. 굴대들(100)의 특정 예들은 Models & Tools Inc.로부터 상업적으로 이용가능한 것을 포함한다.
일반적으로, 굴대(100)의 굴대 표면(102)은 툴(26)의 몰드 표면(24)에 상보적이다. 예를 들어 표면들(24, 102)은 암/수 구성일 수 있다. 굴대(100)는 툴(26)과 유사할 수 있다. 예를 들어, 굴대는 유체를 운반하기 위한 튜브(104)를 가질 수 있다.
튜브(104)는 유체를 튜브(104)에 전달하기 위한 적어도 하나의 입력부(106)와, 튜브(104)로부터 유체를 전달하기 위한 적어도 하나의 출력부(108)를 포함한다. 튜브(104)는 열 전달을 촉진시키기 위해 굴대 표면(102)에 근접하거나 직접 접촉한다. 튜브(104)는 굴대 표면(102)의 (간접적이기보다는) 직접 가열 또는 냉각에 유용하다. 튜브(104)는 (보링에 의해서와 같이) 굴대(100) 자체에 형성될 수 있거나, 몰드 표면(24)에 근접한 굴대(100) 내에서, 툴(26) 및/또는 몰드 표면(24)에 부착될 수 있다. 튜브(104)는 다양한 패턴들로 배치될 수 있고, 툴(26)에 대해 전술한 바와 같이, 동일하거나 변하는 직경들을 가질 수 있다.
굴대(100)의 튜브(104)는 유체를 굴대(100)로 그리고 굴대(100)로부터 왕래하기 위해 파이프(미도시)에 연결된다. 굴대(100)는 굴대 표면(102)을 가열 또는 냉각하기 위해 시스템(20)과 유체 왕래할 수 있다. 대안적으로, 굴대(100)는 종래의 오일- 또는 물-기반의 가열 및/또는 냉각 시스템, 일반적으로 물-기반의 시스템과 같이 다른 유형의 시스템(미도시)과 유체 왕래할 수 있다.
방법은 탄소 섬유 시트(110)의 부품들을 제공하는 단계와, 수지를 제공하는 단계를 더 포함한다. 탄소 섬유 시트(110)의 부품들은 전술한 사전-프레그들 및/또는 탄소 섬유 매트들을 포함하는 부품들(110)과 같이 다양한 유형들일 수 있다. 수지는 전술한 에폭시들과 같이 다양한 유형들일 수 있다. 수지는 아래에 추가로 설명되는 "택(tack)" 온도를 갖는다.
방법은 굴대 표면(102)을 제 1 온도로 가열하는 단계를 더 포함한다. 제 1 온도는 사전 형성부(62)의 조제 동안 굴대 표면(102)으로의 수지의 접착을 촉진시킨다. 제 1 온도는 일반적으로 수지의 택 온도에 대응하며, 여기서 수지는 부품들(110)의 층들 사이의 접착과 같이, 굴대 표면(102) 및 자신 모두에 접착한다.
택 온도는 테스트를 통해, 또는 MSDS 또는 기술적 데이터 시트들과 같이 수지의 기술 문헌을 참조하여 결정될 수 있다. 택을 결정하기 위한 일반적인 테스트는 장갑 낀 손가락 또는 툴을 수지의 층 상에 위치시키는 단계와, 온도의 어떤 지점에서 잡아당겨질 때 수지가 손가락 또는 툴에 접착하는 지를 결정하기 위해 손가락 또는 툴을 잡아당기는 단계를 수반한다. 제 1 온도는 일반적으로 약 100 내지 약 175, 약 110 내지 약 155, 또는 약 125 내지 약 140 ℉(~38 내지 ~79, ~43 내지 ~68, 또는 ~52 내지 ~60 ℃)이다.
방법은 일반적으로 수지 층(미도시)을 형성하기 위해 수지를 굴대(100)의 굴대 표면(102)에 도포하는 단계를 포함한다. 수지는 다양한 방법들에 의해 도포될 수 있다. 예를 들어, 수지는 손으로 또는 로봇식 분무, 브러싱(brushing), 붇기(pouring), 롤링(rolling) 등에 의해 도포될 수 있다. 수지를 도포하기 전에, 해제 라이너 또는 코팅은 사전 형성부(62)의 고정을 방지하기 위해 굴대 표면(102)에 도포될 수 있다.
방법은 탄소 섬유 매트를 형성하기 위해 부품들(110)을 수지 층 상에 배치하는 단계를 더 포함한다. 부품들(110)은 균일한 층에 놓일 수 있고 및/또는 서로 중첩될 수 있다. 부품들(110)의 다수의 층들은 탄소 섬유 매트의 두께를 확립하도록 배치될 수 있고, 선택적으로, 추가 수지는 부품들(110)의 층들 사이에 도포될 수 있다. 방법은 일반적으로 추가 수지를 탄소 섬유 매트의 상부에 도포하는 단계를 포함한다.
방법은 진공 시트(112)와 굴대(100)의 굴대 표면(102) 사이에 엔벨로프(미도시)를 한정하기 위해 진공 시트(112)를 굴대(100) 상에 배치하는 단계를 더 포함한다. 일반적으로, 퍼티(114)는 엔벨로프를 공기 밀폐하도록 제작하기 위해 굴대(100)의 주변 주위에 적용된다. 퍼티(114)는 손으로, 로봇식 분배기 등과 같이 다양한 방법들에 의해 적용될 수 있다. 해제 라이너 또는 코팅은 고정을 방지하기 위해 진공 시트(112)와 사전 형성부(62) 사이에 도포될 수 있다. 퍼티(114)를 사용하기 보다는, 진공 시트(112)는 툴(26)을 갖는 전술한 진공 시트(36)와 유사하거나 동일하게 구성될 수 있다. 즉, 진공 시트(112)는 주변 밀봉부(미도시)를 포함할 수 있다.
방법은 진공을 진공 시트(112)에 가하여, 굴대(100)의 굴대 표면(102)에 인접하게 사전 형성부(62)를 유지하기 위해 엔벨로프를 배출하는 단계를 더 포함한다. 이것은 부품들(110)을 고체화하고, 추가로 사전 형성부(62)를 형성하는데 유용하다. 이것은 또한 가열 및 냉각 동안 사전 형성부(62)를 굴대 표면(102)과 접촉하게 유지하는데 유용하다. 진공은 약 10 내지 약 35, 약 12.5 내지 약 32.5, 또는 약 15 내지 약 30 인치 Hg와 같은 다양한 압력들로 가해질 수 있다.
방법은 굴대 표면(102)을 제 2 온도로 냉각하는 단계를 더 포함한다. 제 2 온도는, 사전 형성부(62)가 굴대 표면(102)으로부터 해제되도록 한다. 제 2 온도는 일반적으로 제 1 온도보다 더 차갑고, 일반적으로 수지의 비-택 또는 덜 들러붙는 온도에 대응한다. 제 2 온도는 일반적으로 35 내지 약 100, 약 40 내지 약 75, 또는 약 40 내지 약 50 ℉(~1.7 내지 ~38, ~4 내지 ~24, 또는 ~4 내지 ~10 ℃)이다. 굴대 표면(102)의 가열 및 냉각은 다른 제어기(미도시)에 의해서와 같이 수동으로, 또는 자동으로 제어될 수 있다. 방법은 굴대(100)로부터 진공 시트(112)를 제거하는 단계와, 굴대 표면(102)으로부터 사전 형성부(62)를 제거하는 단계를 더 포함한다. 이들 단계들은 수동 또는 자동일 수 있다.
특정 실시예들에서, 굴대(100)는 수동 또는 로봇식 아암(미도시)에 부착될 수 있어서, 굴대(100)는 조제 위치로부터 몰딩 위치로 이동가능할 수 있다. 예를 들어, 조제 위치에서, 사전 형성부(62)는 굴대(100) 상에 형성되고, 굴대 표면(102)은 사전 형성부(62)를 적소에 유지시키기 위해 제 1 온도로 설정된다. 사전 형성부(62)가 형성된 후에, 굴대(100)는 몰딩 위치로 이동될 수 있는데, 여기서 굴대 표면(102)의 온도는 제 2 온도로 설정되어, 굴대 표면(102)으로부터의 사전 형성부(62)의 해제를 허용한다. 사전 형성부(62)는 그런 후에 사전 형성부(62)를 굴대(100)로부터 몰드 표면(24) 상으로 직접 이동시키거나 강하시키는 것과 같이 추가 처리를 위해 툴(26)의 몰드 표면(24) 상에 배치될 수 있다. 대안적으로, 사전 형성부(62)는 동일하거나 상이한 위치에서 차후 이용을 위해 저장되거나 큐잉(queued)될 수 있다.
도 10을 참조하면, 다양한 단계들(또는 프로세스들)이 프레스(64)에서의 복합재 물품(22)의 형성 이전 및/또는 이후 수행될 수 있다. 이들 단계들은 다양한 순서들 및 조합들로 사용될 수 있다. 이들 추가 단계들은 단지 예들에 불과하고, 본 발명의 한정들로서 해석되지 않아야 한다.
사전 형성부(62)의 프레스(110)는 "킷 컷(kit cut)" 프로세스에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 사전-프레그 시트는 CAD(Computer Aided Drafting) 시스템 및/또는 디지털화 패턴들 및 도면들로부터 데이터를 이용하는 컴퓨터 구동 절단 테이블들을 이용하여 부품들(110)에 절단될 수 있다. 정밀한 절단을 위해, 킷 컷 프로세스는 일련의 CNC 및 가공 툴들을 포함하는 CNC(Computer Numerically Controlled) 작업 셀을 이용할 수 있다. 패턴들 및 몰드들은 현장에서 만들어질 수 있지만, 또한 필요시 제 3자에 의해 보완될 수 있다. 다른 원 재료들과 유사하게, 부품들(110)은 레이-업 프로세스 이전에 이들을 보존하기 위해 냉동 장치에서 차갑게 저장될 수 있다.
부품들(110)은 전술한 바와 같이 굴대(100)를 가지고 사전 형성부들(62)을 형성하는데 사용될 수 있다. 자동화가 가능하지만, 수동 레이-업의 이용은 일반적으로 각 굴대(100)에 고유한 부품들(110)의 키트를 놓음으로써 복합재 물품(22) 전체에 상이한 세기 요건들로 복합재 물품들(22)을 설계하는 것을 허용한다. 더욱이, 수동 레이-업은 수지의 불필요한 잔여 축적을 제거함으로써 재료비를 감소시킬 수 있다.
프레스(64)를 통한 복합재 물품들(22)의 형성 이후에, 그리고 툴(24)로부터의 제거 이후에, 복합재 물품들은 트림(trim) 프로세스에 제공될 수 있다. 복합재 물품들(22)은 로봇식 루터(robotic router)에 의해 기계적으로 트리밍 및/또는 드릴링될 수 있다. 로봇식 루터의 이용은 일정한 정밀도 및 타이밍맞는 전향(timely turnaround)을 용이하게 한다. 복합재 물품들(22)은 그런 후에 서브-조립체 및 본딩 프로세스에 제공될 수 있다. 본딩을 요구할 수 있는 복합재 물품들(22)은 트림 프로세스가 후속하게 준비되고, CNC 본딩되는 본딩 셀에 위치된다. 로봇식 본딩 셀의 이용은 본드 정밀도 및 빠른 전향을 위해 일정한 접착 경로를 제공한다.
복합재 물품들(22)은 마무리 프로세스에 제공될 수 있다. 여기서, 복합재 물품들(22)은 로봇식으로 또는 손으로 샌딩(sanded)될 수 있다. 자동화 기술이 마무리 프로세스를 능률적으로 할 수 있지만, 손의 샌딩의 이용은 원하는 경우 클래스 A 표면 품질을 보장하는데 도움을 준다. 복합재 물품들(22)은 그런 후에 프라임(prime) 프로세스에 제공될 수 있다. 복합재 물품들(22)은 높은 부피의 저압(HVLP) 프라이머(또는 깨끗한 코팅) 응용을 위해 페인트 라인 시스템에 들어갈 수 있다. 복합재 물품들(22)은 오염을 방지하기 전에 세척될 수 있다. 노출된 탄소 섬유 직물을 갖는 복합재 물품들(22)은 깨끗하게 코팅될 수 있고, 소비자에게 직접 선적될 수 있는 한편, 컬러를 요구하는 복합재 물품들(22)은 프라이밍(primed)될 수 있고, 제 3자, 예를 들어 OEM 승인된 공급자에게 보내어질 수 있어서, 소비자에 도달하기 전에 페인팅될 수 있다. 복합재 물품들(22)은 그런 후에 최종 검사 프로세스에 제공될 수 있다. 복합재 물품들(22)은 측정될 수 있고, 치수적 품질을 보장하기 위해 시각적으로 검사될 수 있다. 깨끗하게 코팅된 복합재 물품들(22)은, 소비자로의 선적 이전에 최종 시각적 검사 이전에 보석형 마무리로 연마되는 피네스(finesse) 스테이지에 제공될 수 있다.
본 발명의 방법들로부터 형성된 복합재 물품들(22)은 우수한 기계적 특성들 및/또는 표면 특성들을 갖는다. 예를 들어, 복합재 물품들(22)은 종래의 압력솥 방법들을 통해 형성된 복합재 물품들에 비해 표면 결점들을 거의 갖지 않는 근 클래스 A 표면들을 가질 수 있다. 복합재 물품들(22)에 대한 더 많은 세부사항들은 바로 아래의 예들에 설명된다.
본 발명의 추가 실시예들, 양상들, 및 이익들은 "METHOD OF MAKING COMPOSITE PARTS BY USING MEMBRANE PRESS"라는 명칭의 미국 가특허 출원 61/410,753과; "RAPID CURE SYSTEM FOR THE MANUFACTURE OF COMPOSITE PARTS"라는 명칭의 미국 가특허 출원 61/495,661과; "SYSTEMS AND METHOD FOR FORMING COMPOSITE COMPONENTS"라는 명칭의 미국 가특허 출원 61/418,521과; "THERMAL PROCESSING AND CONSOLIDATION SYSTEM AND METHOD"라는 명칭의 국제 출원 PCT/US2011/059434와; "METHOD AND SYSTEM FOR FORMING COMPOSITE ARTICLES"라는 명칭의 국제 출원 PCT/US2011/062836의 개시들을 참조하여 인식될 수 있고, 이들 모두는 본 발명의 일반적인 범주와 충돌하지 않는 정도로 그 전체가 참고용으로 본 명세서에 병합된다.
본 발명의 시스템(20), 방법들, 및 복합재 물품들(22)을 예시하는 다음의 예들은 본 발명을 예시하고 한정하지 않도록 의도된다.
예들
복합재 물품들의 비교예들은 종래의 압력솥 및 압력솥 방법을 이용함으로써 이루어진다. 복합재 물품들의 본 발명의 예들은 본 발명의 시스템 및 방법을 이용함으로써 이루어진다. 이들 예들에 관한 추가 정보는 아래의 표 1 및 후속 설명에 제공된다.
예의 번호: 비교예 본 발명의 예
사전 형성부
탄소 섬유 매트 번호: 1 1
수지 번호: 1 1
툴 번호: 1 1
경화 방법: 압력솥 시스템(20) + 프레스(64)
열 램프율: ~5℉/min (~2.8℃/min) ~180℉/min (~100℃/min)
가압 램프율: ~0.15 psi/sec(~1 kPa/sec) ~1 psi/sec(~7 kPa/sec)
감압 램프율: ~0.3 psi/sec (~2 kPa/sec) ~0.3 psi/sec(~2 kPa/sec)
총 사이클 시간: 72분 13분
툴의 온도:
(총 사이클 시간 이후)		 ~180℉(~82℃) ~120℉ (~49℃)
"X" 단위로 에너지 사용 ~2X X
"X" 단위로 동작 비용들 ~5X X
사전 형성부들은 종래의 레이-업 방법들에 의해 형성된다. 사전 형성부들은 카드 후드들로 성형된다. 탄소 섬유 매트는 노출된 직물 사전-프레그이고, 수지는 WA, Tacoma 소재의 Toray Composites (America), Inc.로부터 모두 상업적으로 이용가능한 "빠른 경화" 에폭시 수지이다.
사전 형성부들은 툴에 적재되고, 진공 시트로 커버된다. 툴들은 구성 및 물질이 동일하다. 진공이 확립되고 확인된다. 툴들은 각각 압력솥 또는 프레스에 배치된다. 압력솥이 차단되고 시작된다. 프레스가 차단되고 시작된다. 프레스는 본 발명의 시스템과 유체 왕래한다.
도 14를 참조하면, 압력솥에 대한 온도 및 압력 램프들 및 드웰들(dwells)을 포함하는 특정 파라미터들이 더 잘 인식될 수 있다. 도 14에서의 각 TC들은 툴의 몰드 표면 상의 특정 지점에서의 온도를 나타낸다. 인식될 수 있는 바와 같이, 압력솥은 몰드 표면을 일정한 온도들로 균일하게 가열하지 못하게 된다. 균일한 열 흡수의 이러한 부족이 표면 결점들과 같은 다양한 문제들을 갖는 압력솥에 형성된 복합재 물품들에 전달한다고 여겨진다. 도 11을 참조하면, 프레스에 대한 온도 및 압력 램프들 및 드웰들을 포함하는 특정 파라미터들이 더 잘 인식될 수 있다.
도 12는 제 2의 본 발명의 예(위의 표 1에 도시되지 않음)를 도시한다. 도 13은 제 3의 본 발명의 예(또한 위의 표 1에 도시되지 않음)를 도시한다. 도 12 및 도 13을 참조하여 인식될 수 있는 바와 같이, 본 발명의 시스템은 짧은 시간 기간에 몰드 표면을 급속히 가열시킬 수 있다. 더욱이, 드웰은 피크 온도에 도달하는데 요구되지 않는다. 대신에, 피크 온도는 본 발명의 시스템의 급속 가열 성능에 기초하여 매우 짧은 초기 시간 기간 내에 빠르게 도달될 수 있다.
도 11을 참조하면, 툴의 몰드 표면의 온도는 히터-서브시스템 및 제어기를 이용하여 T1로부터 T1 -2로 경사진다. 특히, 제어기는 T1 -2에 도달될 때까지 밸브들을 이용하여 가열된 유체의 질량의 부분을 히터-서브시스템의 탱크로부터 툴로 향하게 한다.
일단 T1 -2에 도달하면, 제어기는 밸브들을 이용함으로써 탱크로부터의 흐름을 중단하고, 히터-서브시스템은 가열된 유체의 질량을 재충전하기 위해 재순환하기 시작한다. T1 -2는 필요시 툴로의 가열된 유체의 질량의 추가 흐름을 변조하는 제어기에 의해 허용가능한 허용오차 레벨로 유지된다. Tt<1 동안, 수지가 가장 낮은 점도에 있거나 그 근처에 있다고 여겨진다. 그러한 점도에서 수지를 갖는 것은 수지의 경화 동안 생성된 임의의 포획된 공기 또는 수지 부산물들(예를 들어, 스팀)이 복합재 물품으로부터 배출되도록 한다.
툴이 온도(T1 -2)로 가열되는 동안, 프레스의 공동은 P1 -2로 가압된다. 특히, 제어기는 압축 공기를 공동에 제공하도록 압력 탱크에게 지시한다. 일단 P1 -2에 도달하면, 제어기는 압력 탱크로부터의 흐름을 중단한다. P1 -2는 필요시, 공동으로의 압축 공기의 추가 흐름을 변조하는 제어기에 의해 허용가능한 허용오차 레벨로 유지된다.
일단 Tt<1에 도달하면, 제어기는, 몰드 표면들이 T2에 도달할 때까지 가열된 유체의 다른 부분(또는 모든 부분)을 툴로 향하게 한다. 일단 T2에 도달하면, 제어기는 밸브들을 이용함으로써 탱크로부터의 흐름을 중단하고, 히터-서브시스템은 가열된 유체의 질량을 재충전하기 위해 재순환하기 시작한다. T2는 필요시, 툴로의 가열된 유체의 질량의 추가 흐름을 변조하는 제어기에 의해 허용가능한 허용오차 레벨로 유지된다. Tt2 동안, 수지가 경화 온도에 있거나 그 근처에 있다고 여겨진다. 그러한 온도에서 수지를 갖는 것은 우수한 표면 및 기계적 특성들을 복합재 물품에 전달하는 것으로 여겨진다. 이러한 온도는 테스트를 통해, 또는 MSDS 또는 기술적 데이터 시트들과 같이 수지의 기술 문헌을 참조하여 결정될 수 있다.
툴이 온도(T2)로 가열되는 동안, 프레스의 공동은 P2로 가압된다. 특히 제어기는 압축 공기를 공동에 제공하도록 압력 탱크에게 지시한다. 진공은 압력이 가해지는 동안 유지된다. 일단 P2에 도달하면, 제어기는 압력 탱크로부터의 흐름을 중단한다. P2는 필요시, 공동으로의 압축 공기의 추가 흐름을 변조하는 제어기에 의해 허용가능한 허용오차 레벨로 유지된다. 일단 Pt2가 경과하면, 제어기는 감압하도록 프레스에게 지시한다. 특히, 프레스는 Pt3에 걸쳐 압축 공기를 대기로 배출하기 시작한다. 프레스는 공기의 완전한 "덤프(dump)"를 행할 수 있는데, 즉 공기는 제어된 비율로 배출될 필요가 없다.
도 2에 도시된 시스템들을 이용하는 특정 예들에서, 일단 Tt2가 경과하면, 제어기는, T3에 도달할 때까지 밸브들을 이용하여 냉각된 유체의 질량의 부분을 칠러-서브시스템의 탱크로부터 툴로 향하게 한다. 히터-서브시스템이 이전에 사용되기 전에 또는 사용되는 동안, 제어기는 밸브들, 탱크 및 칠러를 이용하여 냉각된 유체의 질량을 형성하고 유지하도록 칠러-서브시스템에게 지시한다. 칠러-서브시스템이 사용되는 동안, 제어기는 밸브들, 탱크 및 히터를 이용하여 가열된 유체의 질량을 재충전하고 유지하도록 히터-서브시스템에게 지시한다. 이와 같이, 시스템은 짧은 시간 기간 직후에 후속 사이클을 위해 준비한다.
도 18에 도시된 시스템들을 이용하는 다른 예들에서, 일단 Tt2가 경과하면, 제어기는, T3에 도달할 때까지 밸브들을 이용하여 냉각된 유체의 질량의 부분을 칠러-서브시스템의 탱크로부터 교환기-서브시스템으로 향하게 한다. 히터-서브시스템이 이전에 사용되기 전에 또는 동안에, 제어기는 밸브들, 탱크 및 칠러를 이용하여 냉각된 유체의 질량을 형성하고 유지하도록 칠러-서브시스템에게 지시한다. 칠러-서브시스템이 사용되는 동안, 제어기는 밸브들, 탱크 및 히터를 이용하여 가열된 유체의 질량을 재충전하고 유지하도록 히터-서브시스템에게 지시한다. 이와 같이, 시스템은 짧은 시간 기간 직후에 후속 사이클을 위해 준비한다.
각 사이클들이 완료된 후에, 툴들은 압력솥 및 프레스로부터 제거된다. 각 사이클의 성능은 각 방법을 통해 형성된 복합재 물품들의 외관에 기초하여 평가된다. 특히, 복합재 물품들은 툴들로부터 제거되고, 그 표면들은 표면 결점들을 강조하기 위해 백색 활석 분말로 닦여진다. 복합재 물품들의 표면 상에 존재하는 피트들 및/또는 건조-라인들(dry-lines)은 활석 분말에 의해 강조된다. 특히, 그러한 결점들은 백색 도트들(피트들) 또는 백색 줄무늬들(건조-라인들)로서 보여진다. 피트 또는 건조-라인은, 수지가 사이클 동안 적절하게 흐르지 않아, 표면 상에 공극을 남기는 경우이다.
본 발명의 시스템 및 방법에 의해 만들어진 복합재 물품들은 압력솥에 의해 만들어진 것에 비해 우수한 표면 특성들을 갖는다. 특히, 본 발명의 시스템 및 방법에 의해 형성된 복합재 물품들은 압력솥에 형성된 것에 비해 피트들 및 건조-라인들의 양에서 ~85 내지 90% 감소를 갖는다. 더욱이, 본 발명의 시스템 및 방법을 통해 형성된 복합재 물품들은 압력솥에 형성된 것에 비해 피트들 및 건조-라인들의 강도(깊이/폭)에서의 ~85% 내지 90% 감소를 갖는다. 그러한 결점들은 복합재 물품의 표면이 클래스 A인 것으로 고려되기 위해 복원(충진 및 샌딩)되어야 한다.
다시 위의 표 1을 참조하면, 본 발명의 시스템 및 방법은 또한 압력솥 프로세스에 비해 사이클 시간에서 ~80% 이상의 감소를 갖는다(13 분 대 72분). 더욱이, 툴들은 압력솥으로부터 제거된 것에 비해 프레스로부터 제거된 후에 온도에서 30% 이상 더 차가워진다: ~120℉(~49℃) 대 ~180℉(~82℃). 이와 같이, 본 발명의 시스템 및 방법은 압력솥을 이용하여 형성된 것에 비해, 더 높은 품질의 복합재 물품들을 제공하면서, 사이클 시간 및 전체 제조 시간에서 상당한 감소를 허용한다.
첨부된 청구항들이 첨부된 청구항들의 범주 내에 있는 특정 실시예들 사이에서 변할 수 있는, 상세한 설명에 기재된 특정 화합물들, 조성물들, 또는 방법들을 나타내도록 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 다양한 실시예들의 특정한 특징들 또는 양상들을 기재하기 위해 본 명세서에 의존되는 임의의 마쿠쉬 그룹들을 참조하여, 상이한, 특수한, 및/또는 예상되지 않는 결과들이 모든 다른 마쿠쉬 멤버들로부터 독립적인 각 마쿠쉬 그룹의 각 멤버로부터 얻어질 수 있다는 것이 인식될 것이다. 마쿠쉬 그룹의 각 멤버는 개별적으로 및/또는 조합하여 의존될 수 있고, 첨부된 청구항들의 범주 내에서 특정한 실시예들에 대한 적절한 지지를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예들을 설명하는 것에 의존하는 임의의 범위들 및 하위 범위들이 독립적으로 그리고 총괄적으로 첨부된 청구항들의 범주 내에 있고, 심지어 전체 및/또는 부분 값들이 그 안에 명확히 기재되지 않더라도 그러한 값들을 포함하는 모든 범위들을 설명하고 구상하는 것으로 이해된다는 것이 이해될 것이다. 열거된 범위들 및 하위 범위들이 본 발명의 다양한 실시예들을 충분히 설명하고 가능하게 하고, 그러한 범위들 및 하위 범위들이 관련 절반들, 1/3들, 1/4들, 1/5들 등으로 추가로 한정될 수 있다는 것을 당업자가 인식한다. 단지 하나의 예로서, "0.1 내지 0.9"의 범위는 하부 1/3, 즉 0.1 내지 0.3과, 중간 1/3, 즉 0.4 내지 0.6과, 상부 1/3, 즉 0.7 내지 0.9로 추가로 한정될 수 있고, 이것은 독립적으로 그리고 총괄적으로 첨부된 청구항들의 범주 내에 있고, 독립적으로 및/또는 총괄적으로 의존될 수 있고, 첨부된 청구항들의 범주 내에서 특정한 실시예들에 대한 적절한 지지를 제공한다. 더욱이, "적어도", "보다 큰", "보다 작은", "보다 크지 않은" 등과 같은 범위를 한정하거나 수정하는 언어에 대해, 그러한 언어는 하위 범위들 및/또는 상한계 또는 하한계를 포함하는 것이 이해될 것이다. 다른 예로서, "적어도 10"의 범위는 고유하게 적어도 10 내지 35의 하위 범위, 적어도 10 내지 25의 하위 범위, 25 내지 35의 하위 범위 등을 포함하고, 각 하위 범위는 독립적으로 및/또는 총괄적으로 의존될 수 있고, 첨부된 청구항들의 범주 내에서 특정한 실시예들에 대한 적절한 지지를 제공한다. 마지막으로, 개시된 범위 내의 개별적인 숫자가 의존될 수 있고, 첨부된 청구항들의 범주 내에서 특정한 실시예들에 대한 적절한 지지를 제공한다. 예를 들어, "1 내지 9"의 범위는 3과 같은 다양한 개별적인 정수들 뿐 아니라, 4.1과 같은 소수점(또는 분수)을 포함하는 개별적인 숫자들을 포함하고, 이들이 의존될 수 있고, 첨부된 청구항들의 범주 내에서 특정한 실시예들에 대한 적절한 지지를 제공할 수 있다.
본 발명은 예시적인 방식으로 본 명세서에 설명되었고, 사용된 용어는 한정하기 보다는 설명의 단어들의 특성에 있는 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다. 본 발명의 많은 변형들 및 변경들은 상기 가르침들을 고려하여 가능하다. 본 발명은 첨부된 청구항들의 범주 내에서 특히 설명된 것과 다른 방식으로 실시될 수 있다. 단일 및 복수로 종속되는 독립항 및 종속항들의 모든 조합들의 주제는 본 명세서에서 명확히 구상된다.

Claims (41)

  1. 복합재 물품(composite article)(20)을 형성하는데 사용된 툴(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 열 시스템(20)에 있어서,
    I) 툴(26)과 유체 왕래하는 히터-서브시스템(40)으로서,
    제 1 열 유체를 가열하기 위한 히터(42)와,
    상기 히터(42)와 유체 왕래하고 가열된 제 1 열 유체의 질량을 함유하는 탱크(44)와,
    i) 제 1 열 유체를 상기 탱크(44)로부터 상기 히터(42)로 재순환하기 위해 상기 탱크(44)와 상기 히터(42) 사이에서 유체 왕래하고, ii) 제 1 열 유체를 상기 탱크(44)로부터 툴(26)로 향하게 하기 위해 상기 탱크(44)와 툴(26) 사이에서 유체 왕래하는, 3-방향 밸브(46)를
    포함하는, 히터-서브시스템(40)과;
    II) 상기 히터-서브시스템(40) 및 툴(26)과 유체 왕래하는 교환기-서브시스템(49)으로서,
    툴(26)로부터 복귀하는 제 1 열 유체를 냉각시키기 위한 교환기(51)와,
    i) 제 1 열 유체를 툴(26)로부터 상기 히터-서브시스템(40)으로 다시 보내기 위해 상기 교환기(51)와 상기 히터-서브시스템(40) 사이에서 유체 왕래하고, ii) 제 1 열 유체를 툴(26)로부터 상기 교환기(51)로 향하게 하기 위해 상기 교환기(51)와 툴(26) 사이에서 유체 왕래하는, 3-방향 밸브(53)를
    포함하는, 교환기-서브시스템(49)과;
    III) 상기 교환기-서브시스템(49)과 유체 왕래하는 칠러-서브시스템(48)으로서,
    제 2 열 유체를 냉각시키기 위한 칠러(50)와,
    상기 칠러(50)와 유체 왕래하고 냉각된 제 2 열 유체의 질량을 하유하는 탱크(52)와,
    i) 제 2 열 유체를 상기 탱크(52)로부터 상기 칠러(50)로 재순환하기 위해 상기 탱크(52)와 상기 칠러(50) 사이에서 유체 왕래하고, ii) 제 2 열 유체를 상기 탱크(52)로부터 교환기(51)로 향하게 하기 위해 상기 탱크(52)와 교환기-서브시스템(49) 사이에서 유체 왕래하는, 3-방향 밸브(54)를
    포함하는, 칠러-서브시스템(48)을
    포함하는, 열 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    3-방향 밸브들(46, 53, 54)의 제어를 통해 열 시스템(20) 내에서 열 유체들을 향하게 하기 위해 상기 서브시스템들(40, 48, 49) 및 툴(26)과 통신하는 제어기(56)를 더 포함하는, 열 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기(56)는, 제 1 열 유체가 상기 히터(42)와 상기 탱크(44) 사이에서 재순환하고 상기 히터-서브시스템(40)에서 가열된 제 1 열 유체의 질량을 유지하기 위해 툴(26)을 우회하도록, 상기 히터-서브시스템(40)의 상기 3-방향 밸브(46)에게 지시하도록 프로그래밍되는, 열 시스템(20).
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기(56)는, 제 1 열 유체가 툴(26)의 몰드 표면(24)을 가열하기 위해 상기 히터-서브시스템(40)으로부터 툴(26)로 향하게 되도록, 상기 히터-서브시스템(40)의 상기 3-방향 밸브(46)에게 지시하도록 프로그래밍되는, 열 시스템(20).
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기(56)는, 제 2 열 유체가 상기 칠러(50)와 상기 탱크(52) 사이에서 재순환하고 상기 칠러-서브시스템(48)에서 냉각된 제 2 열 유체의 질량을 유지하기 위해 상기 교환기-서브시스템(49)을 우회하도록, 상기 칠러-서브시스템(48)의 상기 3-방향 밸브(54)에게 지시하도록 프로그래밍되는, 열 시스템.
  6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기(56)는, 제 2 열 유체가 툴(26)로부터 복귀하고 상기 교환기-서브시스템(49)에 들어가는 제 1 열 유체를 냉각하기 위해 상기 칠러-서브시스템(48)으로부터 상기 교환기-서브시스템(49)으로 향하게 되도록, 상기 칠러-서브시스템(48)의 상기 3-방향 밸브(54)에게 지시하도록 프로그래밍되는, 열 시스템(20).
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기(56)는, 툴(26)로부터 복귀하는 제 1 열 유체가 상기 히터-서브시스템(40)으로 향하게 되고 상기 히터-서브시스템(40) 내에서 제 1 열 유체를 재가열하기 위해 상기 교환기-서브시스템(49)을 우회하도록, 상기 교환기-서브시스템(49)의 상기 3-방향 밸브(53)에게 지시하도록 프로그래밍되는, 열 시스템(20).
  8. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어기(56)는, 툴(26)로부터 복귀하는 제 1 열 유체가 상기 칠러-서브시스템(48)으로부터 제 2 열 유체를 통해 제 1 열 유체를 냉각하기 위해 상기 교환기-서브시스템(49)으로 향하게 되도록, 상기 교환기-서브시스템(49)의 상기 3-방향 밸브(53)에게 지시하도록 프로그래밍되는, 열 시스템(20).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 열 유체를 상기 서브시스템들(40, 49)로부터 툴(26)로 향하게 하기 위해 툴(26), 상기 히터-서브시스템(40), 및 상기 교환기-서브시스템(49) 사이에서 유체 왕래하는 펌프(55)를 더 포함하는, 열 시스템(20).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    i) 상기 히터-서브시스템(40)과 툴(26) 사이에서 유체 왕래하고 및/또는 ii) 제 1 열 유체를 툴(26) 및 상기 서브시스템들(40, 49)로 그리고 툴 및 상기 서브시스템들로부터 향하게 하기 위해 상기 교환기-서브시스템(49)과 툴(26) 사이에서 유체 왕래하는 적어도 하나의 보조 밸브(58)를 더 포함하는, 열 시스템(20).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 열 유체는 상기 히터-서브시스템(40)과 상기 교환기-서브시스템(49) 사이에서 공유되고,
    제 2 열 유체는 상기 칠러-서브시스템(48)과 상기 교환기-서브시스템(49) 사이에서 공유되고,
    제 1 열 유체는 제 2 열 유체로부터 분리되게 유지되는, 열 시스템(20).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 열 유체는 제 2 열 유체와 상이한, 열 시스템(20).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 열 유체는 열 오일(thermal oil)을 포함하는, 열 시스템(20).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 열 유체는 물을 포함하는, 열 시스템(20).
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    툴(26)의 몰드 표면(24)은 히터-서브시스템(40)을 통해 분당 60 ℉(~33℃)보다 큰 비율로 가열하고,
    툴(26)의 몰드 표면(24)은 교환기-서브시스템(49) 및 칠러-서브시스템(48)을 통해 분당 40 ℉(~22℃)보다 큰 비율로 냉각하는, 열 시스템(20).
  16. 제 15 항에 있어서,
    툴(26)의 몰드 표면(24)은 히터-서브시스템(40)을 통해 분당 70 ℉(~39℃)보다 큰 비율로 가열하고,
    툴(26)의 몰드 표면은 교환기-서브시스템(49) 및 칠러-서브시스템(48)을 통해 분당 50 ℉(~28℃)보다 큰 비율로 냉각하는, 열 시스템(20).
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 툴(26)에 동작가능하게 연결된 툴-연결 시스템(200)과,
    상기 히터-서브시스템(40) 및 상기 교환기-서브시스템(49)과 유체 왕래하는 프레스-연결 시스템(218)을 더 포함하고,
    상기 연결 시스템들(200, 218)은 제 1 열 유체를 상기 툴(26)로 그리고 상기 툴(26)로부터 공급 및 수용하기 위해 함께 결합되는, 열 시스템(20).
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 툴(26)은 상기 몰드 표면(26)에 마주보는 튜브(28)를 포함하고, 상기 프레스-연결 시스템(218)은 제 1 열 유체로 상기 몰드 표면(26)을 가열 및 냉각하기 위해 상기 튜브(28)에 동작가능하게 연결되는, 열 시스템(20).
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    프레스(64)를 더 포함하고, 상기 프레스(64)는 플랫폼(68)과, 상기 플랫폼(68)을 향하는 커버(70)를 갖고, 상기 커버(70)는 가압된 및/또는 온도 제어 환경을 유지하도록 동작가능한 공동(72)을 한정하기 위해 상기 플랫폼(68)에 결합하도록 동작가능하고, 상기 툴(26)이 제 1 열 유체로 상기 몰드 표면(26)을 가열 및 냉각하기 위해 프레스(64)의 공동(70) 내에 배치되는 동안, 상기 프레스-연결 시스템(218)은 상기 커버(70) 및/또는 상기 플랫폼(68)을 통해 상기 툴-연결 시스템(200)과 결합하기 위한 공동(72)에 동작가능하게 연결되는, 열 시스템(20).
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 기재된 열 시스템(20)을 통해 형성된 복합재 물품(22).
  21. 복합재 물품(22)을 형성하는데 사용된 툴(26)의 몰드 표면(24)을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법에 있어서,
    툴(26)과 유체 왕래하는 히터-서브시스템(40)을 제공하는 단계로서, 히터-서브시스템(40)은
    제 1 열 유체를 가열하기 위한 히터(42)와,
    상기 히터(42)와 유체 왕래하고 가열된 제 1 열 유체의 질량을 함유하는 탱크(44)와,
    i) 제 1 열 유체를 상기 탱크(44)로부터 상기 히터(42)로 재순환하기 위해 상기 탱크(44)와 상기 히터(42) 사이에서 유체 왕래하고, ii) 제 1 열 유체를 상기 탱크(44)로부터 툴(26)로 향하게 하기 위해 상기 탱크(44)와 툴(26) 사이에서 유체 왕래하는, 3-방향 밸브(46)를
    포함하는, 히터-서브시스템(40)을 제공하는 단계와;
    히터-서브시스템(40) 및 툴(26)과 유체 왕래하는 교환기-서브시스템(49)을 제공하는 단계로서, 교환기-서브시스템(49)은
    툴(26)로부터 복귀하는 제 1 열 유체를 냉각시키기 위한 교환기(51)와,
    i) 제 1 열 유체를 툴(26)로부터 히터-서브시스템(40)으로 다시 보내기 위해 교환기(51)와 히터-서브시스템(40) 사이에서 유체 왕래하고, ii) 제 1 열 유체를 툴(26)로부터 교환기(51)로 향하게 하기 위해 교환기(51)와 툴(26) 사이에서 유체 왕래하는, 3-방향 밸브(53)를
    포함하는, 교환기-서브시스템(49)을 제공하는 단계와;
    교환기-서브시스템(49)과 유체 왕래하는 칠러-서브시스템(48)을 제공하는 단계로서, 칠러-서브시스템(48)은
    제 2 열 유체를 냉각시키기 위한 칠러(50)와,
    칠러(50)와 유체 왕래하고 냉각된 제 2 열 유체의 질량을 하유하는 탱크(52)와,
    i) 제 2 열 유체를 탱크(52)로부터 칠러(50)로 재순환하기 위해 탱크(52)와 칠러(50) 사이에서 유체 왕래하고, ii) 제 2 열 유체를 탱크(52)로부터 교환기(51)로 향하게 하기 위해 탱크(52)와 교환기-서브시스템(49) 사이에서 유체 왕래하는, 3-방향 밸브(54)를
    포함하는, 칠러-서브시스템(48)을 제공하는 단계와;
    서브시스템들(40, 48, 49)에게 지시하기 위해 툴(26) 및 서브시스템들(40, 48, 49)과 통신하는 제어기(56)를 제공하는 단계와;
    제 1 시간 기간(Tt1) 내에 툴(26)의 몰드 표면(24)을 제 1 온도(T1)로부터 제 2 온도(T2)로 가열하기 위해 제어기(56)를 통해 가열된 제 1 열 유체의 질량을 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)로부터 툴(26)로 안내하는 단계와;
    제 2 시간 기간(Tt2) 내에 몰드 표면(24)을 T2로 유지하기 위해 제어기(56)를 통해 가열된 제 1 유체의 질량을 히터-서브시스템(40)의 탱크(44)로부터 툴(26)의 몰드 표면(24)으로 안내하는 단계와;
    제 3 시간 기간(Tt3) 내에 툴(26)의 몰드 표면(24)을 T2로부터 제 3 온도(T3)로 냉각시키기 위해 제어기(56)를 통해 냉각된 제 2 열 유체의 질량을 칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)로부터 교환기-서브시스템(49)으로 안내하는 단계를
    포함하고,
    툴(26)의 몰드 표면(24)은 분당 60℉(~33℃)보다 높은 비율로 가열하고, 분당 40℉(~22℃)보다 높은 비율로 냉각하고,
    Tt1 + Tt2 + Tt3은 20분보다 크지 않은, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    Tt1 + Tt2 + Tt3은 18분보다 크지 않은, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    제어기(56)는, 제 1 열 유체가 히터(42)와 탱크(44) 사이에서 재순환하고 히터-서브시스템(40)에서 가열된 제 1 열 유체의 질량을 T2이상의 온도로 유지하기 위해 툴(26)을 우회하도록, 히터-서브시스템(40)의 3-방향 밸브(46)에게 지시하도록 프로그래밍되는, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  24. 제 21 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어기(56)는, 제 1 열 유체가 툴(26)의 몰드 표면(24)을 T1로부터 T2로 가열하기 위해 히터-서브시스템(40)으로부터 툴(26)로 향하게 되도록, 히터-서브시스템(40)의 3-방향 밸브(46)에게 지시하도록 프로그래밍되는, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  25. 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어기(56)는, 제 2 열 유체가 칠러(50)와 탱크(52) 사이에서 재순환하고 칠러-서브시스템(48)에서 냉각된 제 2 열 유체의 질량을 T3이하의 온도로 유지하기 위해 교환기-서브시스템(49)을 우회하도록, 칠러-서브시스템(48)의 3-방향 밸브(54)에게 지시하도록 프로그래밍되는, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  26. 제 21 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어기(56)는, 제 2 열 유체가 툴(26)로부터 복귀하고 교환기-서브시스템(49)에 들어가는 제 1 열 유체를 T2보다 낮은 온도로 냉각하기 위해 칠러-서브시스템(48)으로부터 교환기-서브시스템(49)으로 향하게 되도록, 칠러-서브시스템(48)의 3-방향 밸브(54)에게 지시하도록 프로그래밍되는, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  27. 제 21 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어기(56)는, 툴(26)로부터 복귀하는 제 1 열 유체가 히터-서브시스템(40)으로 향하게 되고 히터-서브시스템(40) 내에서 제 1 열 유체를 T2이상의 온도로 재가열하기 위해 교환기-서브시스템(49)을 우회하도록, 교환기-서브시스템(49)의 3-방향 밸브(53)에게 지시하도록 프로그래밍되는, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  28. 제 21 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어기(56)는, 툴(26)로부터 복귀하는 제 1 열 유체가 칠러-서브시스템(48)으로부터 제 2 열 유체를 통해 제 1 열 유체를 T2미만의 온도로 냉각하기 위해 교환기-서브시스템(49)으로 향하게 되도록, 교환기-서브시스템(49)의 3-방향 밸브(53)에게 지시하도록 프로그래밍되는, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  29. 제 21 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    툴(26)의 몰드 표면(24)을 T2로 가열하기 전에 Tt1(Tt<1)의 부분 동안 제어기(56)를 통해 T1와 T2 사이의 중간 온도(T1 -2)로 툴(26)의 몰드 표면(24)을 유지하는 단계를 더 포함하는, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    T1 -2는 100℉(~38℃) 내지 350℉(~177℃)인, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  31. 청구항 29 또는 30에 있어서, Tt< 1는 1 내지 10분 미만인, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  32. 제 21 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    T1는 50℉(10℃) 내지 125℉(~52℃)인, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  33. 제 21 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    T2는 250℉(~121℃) 내지 400℉(~204℃)인, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  34. 제 21 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    T3는 75℉(~24℃) 내지 150℉(~66℃)인, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  35. 제 21 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Tt1는, Tt1 + Tt2 + Tt3이 20분보다 크지 않는 조건으로 하여 1 내지 10분인, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  36. 제 21 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Tt2는, Tt1 + Tt2 + Tt3이 20분보다 크지 않는 조건으로 하여 1 내지 10분인, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  37. 제 21 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Tt3는, Tt1 + Tt2 + Tt3이 20분보다 크지 않는 조건으로 하여 1 내지 10분인, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  38. 제 21 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    히터-서브시스템(40)의 탱크(44)에서 가열된 제 1 열 유체의 질량은 가열된 유체의 질량으로 툴(26)의 몰드 표면(24)을 가열하기 위해 T2 이상의 온도에 있는, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  39. 제 21 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    칠러-서브시스템(48)의 탱크(52)에서 냉각된 제 2 열 유체의 질량은 툴(26)의 몰드 표면을 냉각하기 위해 T3 이하의 온도에 있는, 툴의 몰드 표면을 급속히 가열 및 냉각하기 위한 방법.
  40. 제 21 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 통해 형성된 복합재 물품(22).
  41. 제 20 항 또는 제 40 항에 있어서,
    탄소 섬유 매트 및 수지를 포함하는, 복합재 물품(22).
KR1020147002384A 2011-07-28 2012-07-30 복합재 물품들을 급속히 형성하기 위한 열 시스템 및 방법 KR20140053143A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201161574151P 2011-07-28 2011-07-28
US61/574,151 2011-07-28
PCT/US2012/048832 WO2013016728A1 (en) 2011-07-28 2012-07-30 Thermal system and method for rapidly forming composite articles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140053143A true KR20140053143A (ko) 2014-05-07

Family

ID=46640776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147002384A KR20140053143A (ko) 2011-07-28 2012-07-30 복합재 물품들을 급속히 형성하기 위한 열 시스템 및 방법

Country Status (5)

Country Link
US (2) US20140159267A1 (ko)
EP (1) EP2736693B1 (ko)
JP (1) JP6050351B2 (ko)
KR (1) KR20140053143A (ko)
WO (1) WO2013016728A1 (ko)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2646215A1 (en) 2010-12-01 2013-10-09 Plasan Carbon Composites, Inc. Method and system for forming composite articles
EP2736693B1 (en) 2011-07-28 2017-02-22 Plasan Carbon Composites, Inc. Thermal system and method for rapidly forming composite articles
US10576701B2 (en) 2015-01-07 2020-03-03 Massachusetts Institute Of Technology Production of composite parts
GB2535193A (en) 2015-02-12 2016-08-17 Zodiac Seats Uk Ltd Tool for curing a composite component
GB201515715D0 (en) 2015-09-04 2015-10-21 Gurit Uk Ltd Prepregs and production of composite material using prepregs
ITUB20155474A1 (it) 2015-11-11 2017-05-11 Nike Innovate Cv Apparecchiatura, e relativo procedimento, per il trattamento termico di calzature, in particolare calzature sportive
IT201700013362A1 (it) * 2017-02-07 2018-08-07 Schneider Electric It Corp Cooling System with reduced Pressure Drop
US10759090B2 (en) 2017-02-10 2020-09-01 Divergent Technologies, Inc. Methods for producing panels using 3D-printed tooling shells
AT520890B1 (de) * 2018-02-01 2020-03-15 Wittmann Kunststoffgeraete Temperiergerät und Verfahren zum Steuern und Regeln eines Temperiergeräts für ein
TWI809379B (zh) * 2018-04-25 2023-07-21 荷蘭商耐克創新有限合夥公司 熱成形物品的系統
TWI722417B (zh) 2018-04-25 2021-03-21 荷蘭商耐克創新有限合夥公司 製備待熱成形物品的系統及方法
CN113015609B (zh) * 2018-08-30 2023-05-12 赫斯基注塑***有限公司 具有快速连接和断开的模具
WO2020173929A1 (en) * 2019-02-28 2020-09-03 Lm Wind Power A/S A flexible preform mould for manufacturing a preform for a wind turbine blade
TWI717875B (zh) * 2019-10-04 2021-02-01 正鴻科技有限公司 以四向電子閥對工具機之構件提供升降溫效果的輔助裝置

Family Cites Families (53)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2620635A (en) * 1950-09-09 1952-12-09 Erwin W Mautner Cooling system and control
US3167811A (en) * 1960-04-14 1965-02-02 Robert A Kraus Apparatus for forming thin wall articles of manufacture from expandable fusible plastic
US3190944A (en) * 1963-05-31 1965-06-22 Davidson Rubber Company Inc Method of mold temperature control
US3259175A (en) * 1964-06-15 1966-07-05 Robert A Kraus Heating and cooling system for molds
DE1296333B (de) * 1965-06-15 1969-05-29 Thermovox Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Beheizen und/oder Kuehlen von doppelwandigen Formen, insbesondere Rotationsformen, zum Herstellen von Kunststoffkoerpern
US3334383A (en) 1965-11-03 1967-08-08 Lockheed Aircraft Corp Molding apparatus
DE1778068B2 (de) * 1968-03-25 1976-05-06 Konus-Kessel Gesellschaft für Wärmetechnik mbH & Co KG, 6832 Hockenheim Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden heizen und kuehlen einer bearbeitungseinrichtung
BE795718A (fr) * 1972-02-23 1973-06-18 Decca Ltd Procede et appareil pour la fabrication d'enregistrements profiles
DE2228630A1 (de) * 1972-06-13 1973-12-20 Thermovox Gmbh Vorrichtung zum herstellen von kunststoffkoerpern in einer doppelwandigen form
US4125526A (en) 1973-01-02 1978-11-14 Goodyear Aerospace Corporation Vacuum blanket curing method
US4593056A (en) 1985-06-21 1986-06-03 Union Carbide Corporation Epoxy/aromatic amine resin systems containing aromatic trihydroxy compounds as cure accelerators
JPS62208918A (ja) * 1986-03-11 1987-09-14 Hitachi Ltd 金型温度調節装置
JPS63251207A (ja) 1987-04-07 1988-10-18 Ashida Seisakusho:Kk プリント配線板の成形方法及びその装置
JPH01125609U (ko) * 1988-02-12 1989-08-28
JPH0243011A (ja) 1988-08-03 1990-02-13 Nissan Motor Co Ltd 繊維強化複合部材の製造方法
JPH0791784B2 (ja) 1989-07-17 1995-10-04 タイガースポリマー株式会社 マットの製造方法
US5360671A (en) 1990-07-06 1994-11-01 The University Of Akron Thermoplastic polymides and composites therefrom
US5209889A (en) 1991-10-10 1993-05-11 Gencorp Inc. Method for operation of shuttle assembly for use in an injection molding machine
DE4210312C2 (de) * 1992-03-30 1996-02-22 Delcroix Jean L Einrichtung zum Auswechseln und wahlweisen Beaufschlagen von einer oder mehreren Formen für die Kunststoffverarbeitung mit einer Flüssigkeit oder einem unter Druck stehenden Gas
US5362221A (en) 1992-08-17 1994-11-08 General Electric Company Manufacturing device with an automatic self-aligning connector for attachment to a docking station
FR2694906B1 (fr) * 1992-08-20 1994-09-23 Acb Presse pour le formage d'une pièce en matériau composite comportant des renforts fibreux dans une matrice en polymère.
US5328979A (en) 1992-11-16 1994-07-12 The University Of Akron Thermoplastic copolyimides and composites therefrom
US5354195A (en) 1992-12-23 1994-10-11 United Technologies Corporation Composite molding apparatus for high pressure co-cure molding of lightweight honeycomb core composite articles having ramped surfaces utilizing low density, stabilized ramped honeycomb cores
JP3027895B2 (ja) 1993-02-02 2000-04-04 トヨタ自動車株式会社 樹脂基複合材料の成形方法
JPH1015944A (ja) 1996-07-05 1998-01-20 Taiho Kogyo Kk 成形型の加熱冷却装置
JP2000176940A (ja) 1998-12-21 2000-06-27 Yokohama Rubber Co Ltd:The 蒸気加熱成形方法及びその装置
JP2002220538A (ja) 2000-03-28 2002-08-09 Mazda Motor Corp 成形用ガラス長繊維強化樹脂材料、該樹脂材料を射出成形してなる射出成形品及び該樹脂材料を用いた成形方法
US20020025423A1 (en) 2000-07-21 2002-02-28 Dreher Michael A. Method of fabricating a composite part including a resin impregnated fiber shell and an expandable syntactic foam core
EP2762298B1 (en) 2001-01-25 2017-03-08 Quickstep Technologies Pty, Ltd. Method of producing composite components
JP2003145542A (ja) * 2001-11-07 2003-05-20 Fuji Photo Film Co Ltd 金型の熱交換装置
JP2005205876A (ja) * 2003-12-25 2005-08-04 Innotech Corp 加熱冷却装置
JP5105704B2 (ja) * 2004-12-07 2012-12-26 株式会社シスコ 熱プレス用又は加熱冷却用金型の加熱冷却システム及び加熱冷却方法
JP4550762B2 (ja) * 2005-09-22 2010-09-22 株式会社スター精機 金型温度調節装置
US20090256290A1 (en) 2005-10-27 2009-10-15 Polytec Holding Ag RSM (Rapid Shell Moulding) Rapid Moulding Process
KR20080043589A (ko) * 2006-11-14 2008-05-19 삼성전자주식회사 금형의 온도 조절 장치 및 그를 이용한 사출성형 방법
FR2913089B1 (fr) 2007-02-22 2010-11-26 Staubli Sa Ets Element de raccord a soupape d'obturation et raccord incorporant un tel element
DE102007026099A1 (de) 2007-06-05 2008-12-11 Airbus Deutschland Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Bearbeiten einer Faserverbundstruktur
JP2009137075A (ja) * 2007-12-04 2009-06-25 Autonetworks Technologies Ltd 射出成形方法及び金型温度調節装置
FR2927143B1 (fr) 2008-02-06 2010-03-19 Staubli Sa Ets Element femelle de raccord et raccord rapide incorporant un tel element
US20090218729A1 (en) * 2008-02-29 2009-09-03 Pelley Kenneth A Method and apparatus to form a spherical end of an elongated cylindrical tube
FR2928787B1 (fr) 2008-03-12 2012-06-22 Staubli Sa Ets Element femelle de connecteur et connecteur comprenant un tel element femelle
FR2933155B1 (fr) 2008-06-30 2010-08-27 Staubli Sa Ets Ensemble de connexion et procede de connexion d'un tel ensemble
FR2933162B1 (fr) 2008-06-30 2010-08-20 Staubli Sa Ets Element de raccord a griffes et raccord incorporant un tel element
FR2944297B1 (fr) 2009-04-10 2011-04-08 Staubli Sa Ets Dispositif d'assemblage, ensemble de deux pieces assemblees par un tel dispositif et lame de machine de formation de la foule comprenant un tel ensemble
FR2945101B1 (fr) 2009-04-30 2011-05-20 Staubli Sa Ets Nourrice de distribution ou de collecte de fluide et installation de moulage comprenant une telle nourrice
FR2948435B1 (fr) 2009-07-23 2011-08-12 Staubli Sa Ets Element femelle de raccord et raccord rapide incorporant un tel element
FR2950950B1 (fr) 2009-10-01 2012-12-07 Staubli Sa Ets Element femelle de raccord rapide et raccord rapide incorporant un tel element
FR2950949B1 (fr) 2009-10-01 2012-06-22 Staubli Sa Ets Element femelle de raccord rapide et raccord rapide incorporant un tel element
US8633327B2 (en) 2010-03-24 2014-01-21 Dow Global Technologies Inc. Process for preparing divinylarene dioxides
FR2965887B1 (fr) 2010-10-08 2012-11-30 Staubli Sa Ets Dispositif de raccord avec verrouillage par griffes filetees et raccord comprenant un tel dispositif
CA2854615C (en) 2010-11-05 2017-01-24 Lightweight Labs, Llc Thermal processing and consolidation system and method
EP2646215A1 (en) 2010-12-01 2013-10-09 Plasan Carbon Composites, Inc. Method and system for forming composite articles
EP2736693B1 (en) 2011-07-28 2017-02-22 Plasan Carbon Composites, Inc. Thermal system and method for rapidly forming composite articles

Also Published As

Publication number Publication date
JP6050351B2 (ja) 2016-12-21
US20170297233A1 (en) 2017-10-19
JP2014524860A (ja) 2014-09-25
WO2013016728A1 (en) 2013-01-31
US20140159267A1 (en) 2014-06-12
EP2736693B1 (en) 2017-02-22
US10493666B2 (en) 2019-12-03
EP2736693A1 (en) 2014-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10493666B2 (en) System and method for forming composite articles
US9676124B2 (en) Method and system for forming composite articles
US9321217B2 (en) Thermal processing and consolidation system and method
CN106079482B (zh) 用于制造复合部件的方法
US20120231107A1 (en) Double Bag Vacuum Infusion Process and System for Low Cost, Advanced Composite Fabrication
CN102529121A (zh) 高压釜成型方法和高压釜成型装置
JP6784728B2 (ja) 熱処理及び固化システム並びにその方法
US11969961B2 (en) Mold and trim tool
CN110576625B (zh) 单向开口复合材料箱体成型方法
NL2021878B1 (en) System and method for manufacturing composite structures
CN116872521A (zh) 一种复合材料油箱的工艺分型设计与成型方法
Kruckenberg Manufacturing and tooling cost factors

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination